Génie mécanique
Thermo-physico-chemical and statistical mechanical properties of Washingtonian filifera new lignocellulosic fiber. Engineering Solid Mechanics
In this work, novel cellulosic fibers are extracted from Washingtonia Filifera (WF) plant using an environment-friendly technique. Morphological, Physico-chemical, thermal and mechanical properties are reported in this paper. Micro graphical SEM shows the presence of cells in the fiber.FTIR and XRD experimental analyzes show a cristinality index of 48.88%, and the WF fibers are found to be thermally stable until 201°C by using TGA and DTG thermographic analyzes with an appropriate activation energy of 72.46 kJ/mol, where Young modulus and tensile strength of strain were determined using tensile tests of single fiber at 2.17 GPa, 134 MPa and 26.55%, respectively. Mechanical properties are analyzed using a statistical method. Voir les détails
Mots clés : WF fibers, mechanical properties, FTIR, XRD, TGA, Statistical methods
Droplet Breakup Regime in a Cross-Junction Device with Lateral Obstacles
Numerical simulation using Ansys Fluent code is performed, to investigate droplet generation in cross-junction based VOF method. Droplets of water are generated by the shear stress applied by continuous phase (oil), two configurations of cross-junction are suggested; the first is a simple model no modification is performed at the outer channel, while the second model is characterized by a lateral obstacle. we study the effect of velocity ratio, viscous parameter, interfacial tension, flow condition on droplet size and frequency, the effect of lateral obstacles on droplets generation is also focused and analysed. The numerical simulations showed that the velocity ratio and interfacial tension play a significant role in determining the droplet breakup and non-breakup. On the other side, the increase of flow rate ratio can be effectively used to decrease the droplet size. In addition, droplets produced in cross-junction with lateral obstacles are generally found to be larger than that produced with the first model. Moreover, the frequency of droplet production was increasing by increasing of flow rate ratio. The numerical results show very good agreements with previous numerical and experimental works for the growth of droplet breakup, size and frequency. Voir les détails
Mots clés : Water droplet, cross-junction, CFD, VOF, microchannel.
ETUDE ET SIMULATION DE L’ENDOMMAGEMENT DES PIECES MECANIQUES DE REVOLUTION
Les roues dentées, principales pièces mécaniques de révolution connaissent beaucoup d’amélioration grâce à l’apport de nouveaux matériaux comme les polymères. Cependant elles sont sujettes aux différents phénomènes de détérioration comme l’usure, la fatigue, le fluage, qui restent peu connus. La compréhension de ces phénomènes permet d’une part de mieux appréhender l’optimisation des paramètres de fonctionnement dans les applications industrielles et d’autre part d’augmenter leur durée de vie. Ainsi le présent travail s’inscrit dans ce cadre et consiste en une contribution à l’étude et simulation de l’endommagement des roues dentées en polyamides particulièrement l’usure des flancs des dents de roue.La première partie de cette étude est dédiée à l’approche expérimentale qui a permis de faire le suivi de l’évolution de l’usure d’une roue dentée en PA66, dans trois conditions de contact : à sec, dans l’eau et dans le mélange eau-détergent et aussi de voir le comportement tribologique des engrenages combinés, polyamide-polyamide. La deuxième partie consiste à analyser les résultats d’usure et de caractérisation du matériau avant et après usure afin de modéliser et de simuler le comportement à l’usure d’un engrenage en polyamide.Les résultats expérimentaux menés dans un cas réel comme le lave-linge qui a fait l’objet du banc d’essai, montrent que l’usure apparaît dans la saillie de la dent et est plus exprimée à la tête de la dent qu’au niveau du diamètre primitif. Par ailleurs, les dents travaillant dans l’eau subissent une usure qui mènent vers l’arrêt de la machine après 3.5 millions de cycles. Elle est deux fois plus rapide que l’usure observée dans une dent travaillant à sec. Les observations et analyses morphologiques du comportement à l'usure des dents par Microscopie Électronique à Balayage (MEB) permettent de constater que la détérioration dans les engrenages en PA66 est générée par une combinaison de deux types d’usures abrasion et adhésion avec un effet partiel de la déformation plastique dans certains endroits d’engrenage. C’est le cas de la dent d’injection où l’usure est plus exprimée.L’analyse profonde des profils de l’usure sur le flanc des dents a permis d’une part de développer un modèle géométrique qui montre l’évolution de l’usure, et d’autre part d’établir un modèle mathématique qui prend en compte le profil du nouveau flanc de la dent, provoqué par l’usure. Une loi polynomiale d’ordre deux est retenue sur la base de cinq mesures longeant le profil de la dent de la tête jusqu’au diamètre primitif. Un coefficient de correction de l’usure kw a été intégré pour corriger les courbes de tendance avec les courbes réelles. Enfin, cette loi prend en compte le comportement à l'usure dans les flancs des dents en fonction de la nature du milieu environnant pour servir d’un modèle de prédiction de la durée de vie des engrenages en polyamide. Voir les détails
Mots clés : tribologie, Engrenage, Polyamide PA66, Environnement, Modélisation.
APPROCHE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUEDES ASSEMBLAGES COMPOSITES A BASE DE FIBRE DE CARBONE
Ce travail étudie l'évolution des modes d’endommagement et les mécanismes de ruptures d’un assemblage boulonné en composite tissé fibre de carbone/époxy. Trois types de configurations sont étudiées : [0°,45°,0°,45°], [0°,45°,0°,45°] s et [0°,45°,0°,45°,0°]s. Afin d’analyser le comportement mécanique globale de l’assemblage, des essais de traction monotone sont effectués. L'évolution de l'endommagement est suivie simultanément par émission acoustique (A.E) et la corrélation d'image numérique (D.I.C). Les signatures acoustiques des quatre modes d’endommagement sont identifiées à savoir la fissuration matricielle, la décohésion fibre-matrice, le délaminage et enfin la rupture des fibres ; puis ils sont confirmées par des observations microscopiques au microscope électronique à balayage (MEB). Ces analyses combinées des données de ces deux techniques sont utilisées pour :- Identifier les différentes phases de comportement global et la chronologie d’endommagement des assemblages boulonnés.- Détecter les points d’amorçage et les phases de propagation des défauts. - Maitriser le processus d’endommagement des composites. Une analyse numérique par éléments finis a été étudiée en utilisant un modèle de matage pur et modèle d’assemblage boulonné. L’analyse microscopique sur des stratifiés sollicités en matage a permis d’établir la cinétique de l’endommagement par matage. Le matage est décrit comme un phénomène essentiellement dû à des micro-flambements de paquets de fibres à 0° et à +45°. Ces micro-flambements (ondulation hors plan) sont initiés en bord de trou et entraînent par la suite des délaminages et la rupture du stratifié. Les fibres à 0° jouent un rôle majeur dans la tenue au matage mais les plis à +45° (situés à l’extérieur du stratifié) interagissent avec la tenue des plis à 0° en s’opposant à la fissuration des plis à 0°. Voir les détails
Mots clés : Composite woven, émission acoustique, assemblage boulonné, corrélation d'image numérique, endommagement.
Contribution à l’étude de l’endommagement des pipes en matériaux composites hybrides sollicités au flambement
La grande utilisation des coques cylindriques dans les secteurs civils ainsi que militaires, justifie le grand intérêt porté à l’étude des phénomènes de flambage et post-flambage de ces structures. Malgré leur forme géométrique simple, les ambigüités rencontrées dans la compréhension et la maitrise de ces phénomènes en demeure toujours et nécessite d’être élucidées davantage. En effet, même si les équations de base ont été introduites depuis longtemps, l'analyse de ce phénomène ne cesse de prendre de l’ampleur grâce au développement des techniques de calcul modernes.Dans ce travail, l’étude du comportement au flambement des pipes en matériaux composites hybrides est proposée. Notre but principal est de prévoir numériquement le comportement résiduel des pipes endommagés ou contenant des défauts de fabrication. En utilisant la méthode des éléments finis, cette étude vise à trouver le rapport entre les sollicitations et le comportement des structures considérées avec et sans présence de défauts, tel que; fissure et perforation, et d’évaluer en outre leur endommagement. Voir les détails
Mots clés : Pipe en composite, endommagement, Paramètre de flambage, délaminage, Analyse par éléments finis
Etude mécano-fiabiliste des propriétés mécaniques et ténacité des pipelines en acier revêtus
Malgré le développement des modèles de calcul de la durée vie des pipelines en acier pour le transport des hydrocarbures, sous corrosion localisée et défauts de fissuration, il existe encore un manque d'informations sur la corrélation entre les deux paramètres principaux caractérisant la géométrie du défaut à savoir sa profondeur et sa longueur.Le présent travail est une contribution à l’étude mécano-fiabiliste des propriétés mécaniques et de la ténacité des pipelines en acier, afin d’évaluer la durée de vie restante des conduites en acier pour le transport des hydrocarbures, et de corréler les deux paramètres dimensionnels à travers un paramètre commun qui est l'indice de fiabilité. Dans un premier temps, l'étude est menée en appliquant d’une part les méthodes analytiques basées sur le modèle d’Irwin, la méthode B31G, la méthode B31G modifiée, la procédure SINTAP, la méthode DNV-RP-F101, et d’autre part, les méthodes numériques au moyen du Code de calcul Abaqus. Puis dans un deuxième temps, la probabilité de défaillance exprimée par un indice defiabilité β, de la canalisation corrodée, soumise à une pression interne, est estimée en utilisant les méthodes de fiabilité FORM/SORM. Par ailleurs, des analyses de sensibilité ont été réalisées pour différentes géométries de défaut, afin d’identifier le degré d’influence de chacun des paramètres élémentaires de calcul impliqués respectivement dans les modèles analytiques et numériques. Après dans un troisième temps, une étude comparative entre les résultats de fiabilité des pipelines obtenus par couplage des méthodes d’évaluation de la fiabilité avec des modèles mécaniques baséssur les standards les plus utilisés, a permis de nous informer d’une manière réaliste et explicite surles modèles standards.Enfin, l’approche mécano-fiabiliste dans l’étude des propriétés mécaniques et de la ténacité des pipelines en aciers est conclue à travers la corrélation de la durée de vie du pipeline au moyen del’indice de fiabilité β en fonction de la longueur et la profondeur de la fissure. Cette corrélation permet de faire une comparaison directe des modèles de calcul utilisés et donc peut être un outil d’aide à la décision dans la détermination d’un programme d’actions de maintenance préventive ou curative dans les meilleurs délais et en toute sécurité. Voir les détails
Mots clés : pipelines, corrosion, défaut, normes de calcul, Indice de fiabilité, Sensibilité variables
ETUDE DE LA REACTION D’UN GUIDE DE LIGNE D’ARBRE SOUMIS A UNE SURCHARGE SOUDAINE
During the last decades, technological development has been directed towardsimproving the performance of mechanical systems to preserve the environment, lighten theinstallations and reduce their production costs. The aeronautical field has particularlyexperienced a significant development concerning the air conditioning systems in aircraft.The key component of these systems is the turbomachinery operating in rotation byaerodynamic bearings. Actually, in flight of the aircraft, these bearings may submit to suddenoverloads due to take-off, landing, turbulence or air holes, which can lead to dysfunction ordamage to these systems. The present work concerns the theoretical study of the dynamicbehavior of air foil bearings subjected to sudden external overloads. It is thus a question oftreating the case of an air bearing constituted of a flexible corrugated foils bearing housing(bumps) supporting a rigid rotor. In order to avoid any possible dry contact between the rotorand the housing, due to sudden or severe external excitations, these foils tend to be deformedby widening the reduced air film thickness. As for numerical modeling, starting from thehypothesis of the mechanics of thin viscous films and the mechanics of continuous media, thedynamic behavior of the air is given by the compressible Reynolds equation. The study of thedynamic behavior of air foil bearing is carried out by modeling three different parts: the air,the rotor and the structure. The fluid behavior is expressed by the unsteady Reynoldsequation, the movement of the rotor is obtained by the fundamental law of dynamics and thedeformations of the structure are determined by a simplified mechanical approach. Thetemporal dynamic problem can be solved using the Verlet algorithm which reducescomputational errors. This algorithm obviously includes the nonlinear air-structure interactionby applying finite difference discretization in implicit scheme and Newton Raphson’s method.The stability of the rotor without external excitations and the convergence of calculations tovalidate the program, are presented. In theory, different cases of external excitation areintroduced to the algorithm to see their effect on the trajectory and on the temporal behaviorof the rotor. Finally, a parametric study combining the influence of external excitations,operating conditions and stiffness of the flexible structure all on the operation stability anddynamic behavior of air foil bearing is presented. Voir les détails
Mots clés : Air foil bearing, elasto-aerodynamic, dynamic behavior, external excitations, compliance, rotor stability
Analysis of Laminated Composite Plates Vibration Behavior Using a New Simple Finite Element Based on Reddy’s Third Order Theory
In this paper a 2D quadrilateral finite element has been developed based on Reddy’s third order shear deformation theory for the natural vibration behavior analysis of composites laminated plates. The developed element is a C0 four-nodded isoparametric with seven degrees of freedom (7DOF) at each node. Each node has only three translation components, two rotations and two higher order rotational degrees. In particular, the selective numerical integration technique is introduced in the present FE formulation in order to achieve good results and to alleviate the locking phenomenon. The performance and reliability of the proposed formulation are demonstrated by comparing the author’s results with those obtained using the three-dimensional elasticity theory, analytical solutions and other advanced finite element models. The results indicate that the proposed formulation is promising in terms of the accuracy and the convergence speed for both thin and thick plates Voir les détails
Mots clés : Third Order Shear Deformation Theory Laminated Composite Plates; Finite Element;Vibration Behavio, Laminated Composite Plates, finite element, Vibration Behavior
A Simple Isoparametric Finite Element Based on the Reddy’s Theory for the Laminated Plates Bending Analysis
The aim of this work is to develop a quadrilateral finite element based on Reddy’s third order shear deformation theory for the bending behavior analysis of composite laminated plates. The element is a C0 four-nodded isoparametric with seven degrees of freedom at each node, three translation components, two rotations and two higher order rotational degrees. In particular, selective numerical integration is introduced in order to improve the results and to alleviate the locking phenomenon. The performance and reliability of the proposed formulation are demonstrated by comparing the author’s results with those obtained using the three-dimensional elasticity theory, analytical solutions and other advanced finite element models. Voir les détails
Mots clés : Ajout mot cléThird Order Shear Deformation Theory, Ajout mot cléLaminated Composite Plates, Ajout mot cléFinite Element, Bending Behavior
Characterizations of joints HDPE welded by FSW
The aim of this work is the characterization of high density polyethylene (HDPE) joints welded by the Friction Stir Welding (FSW) technique. The characterization is done by destructive testing (mechanical tensile tests) for welded joints.To do this work, a series of experimental tests were made by taking in account of several parameters: - the geometry of the welding tool (pin), the axial force Fz applied to the tool along its axis of rotation, to compensate for the pressure formed in the weld zone, the speed of rotation of the tool, the speed of advance of the tool,in this work, we only take in account of the last two parameters.The results obtained were satisfactory and show the influence of these parameters on the quality of the joint. Voir les détails
Mots clés : FSW, HDPE, polymers, welding