Génie mécanique

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Experimental and numerical analysis of mode?I interlaminar fractureof composite pipes

F M L.REKBI, M.Hecini, A.KHECHAI  (2018)
Publication

A common industrial production process for composites is filament winding, widely used for the production of axially symmetriccomponents. In these composite components, delamination is a predominant failure mechanism. The current workfocuses on investigating experimentally the effect of the initial crack and fiber bridging length on the mode-I delaminationresistance curve (R-curve) behavior of various double cantilever beam (DCB) specimens. For this purpose, the magnitudesof initiation and propagation fracture toughness (GIC-init and GIC-prop) and the compliance C are calculated. DCB specimenswith a stacking sequence of [± 50]6 and various initial crack lengths of a0 = 33, 37, 59 and 70 mm are manufactured from areal composite pipe using filament winding process. In order to evaluate the critical energy release rate in mode-I, variousfracture tests are conducted on these specimens. The greatest bridging zone length dues to good penetration of two adjacentlayers of the delamination interface. Moreover, the results indicate that the fiber bridging length has a significant effect onthe GIC and the largest value of fiber bridging causes a large fracture toughness value. Finally, numerical simulations areperformed using finite element (FE) method and GIC-init measurements obtained experimentally are compared to the numericalfindings. The numerical displacements and GIC-init, calculated from the numerical displacements, are found to be in goodagreement compared to the experimental results. Voir les détails

Mots clés : Filament wound composite, Critical energy release rate, Propagation energy release rate, DCB specimen, Fiber bridging

Etude de la nocivité des défauts de corrosion dans les pipelines detransport des hydrocarbures

D. ZELMATI, O. GHELLOUDJ, W. RICHI, K. CHETTAH, D.E. Gaagaia, M. HASSANI  (2017)
Article de conférence

L’objectif de ce travail est d’estimer le degré de sécurité des pipelines de transport des hydrocarbures, fabriqués à partir de tôles laminés, à l’aide du diagramme intégrité de rupture. Pour ce faire, des essais de traction ont été faits sur des éprouvettes normalisées découper à partir du tube acier. Ensuite, nous avons présenté la distribution des contraintes élastiques et élastoplastique ainsi que le facteur d’intensité de contraintes obtenus par la méthode des éléments finis. Le tube à modéliser est soumis à une pression interne et comportant un défaut externe de corrosion localisé dans la direction longitudinale du tube dont la forme du défaut est semi elliptiques. Pour le comportement élastoplastique, la méthode volumétrique a été adoptée pour déterminer le facteur d’intensité de contrainte d’entaille. Voir les détails

Mots clés : pipelines, sécurité, méthode volumétrique, SINTAP, ténacité

Effet de laconfiguration géométrique sur le comportement mécanique d’un matériau composite stratifiéunidirectionnel

D. ZELMATI, D.E. Gaagaia, O. GHELLOUDJ, M. HASSANI, K. CHETTAH, W. RICHI  (2017)
Article de conférence

L’objectif de ce travail est de faire une analyse du comportement mécanique d’un matériau composite stratifié composé de quatre plis unidirectionnels. L’objectif est d’étudier l’influence de l’angle de l’orientation des fibres sur les contraintes induites dans chaque pli du stratifié pour un empilement symétrique. Un diagramme, basé sur une programmation en code Matlab a été développé, peut être utilisé comme un moyen de contrôle et aide à la décision pour la sécurité du stratifié tenant compte de l’effet de l’orientation des fibres sur la distribution des contraintes, sur l’évolution des propriétés élastique ainsi que la discontinuité des contraintes dans le stratifié. Voir les détails

Mots clés : composite, stratifié, fibre, Boron/Epoxyde

Estimation de la durée de vie des pipelines HSLA par la méthodologie des surfaces de réponse

Djamel Zelmati, Oualid Ghalloudj, Mohamed Hassani, Abdelaziz AMIRAT  (2017)
Article de conférence

L’objectif de ce papier est l’estimation de la durée de vie restante des pipelines en acier micro-allié et de haute limite d’élasticité (HSLA) en se basant sur la méthodologie des surfaces de réponse. La fonction objective implicite est approximée par un polynôme représentant une surface de réponse quadratique. La présence d’un défaut sous forme de fissure semi elliptique dans la direction longitudinale du pipe acier, destiné pour le transport de gaz, va intensifie le champ de contraintes en tête de fissure et va décroitre la fonction d’état limite. Pour l’étude du comportement mécanique des pipes en acier grade API X70, des essais expérimentaux de traction et de résilience sont réalisés. La modélisation de l’évolution du champ de contraintes le long du ligament afin d’évaluer la valeur du facteur d’Intensité de contraintes. La prise en compte des incertitudes et le couplage entre le modèle mécanique et la méthode des éléments finis basé sur le code commercial ABAQUS est utilisé afin d’évaluer l’indice de fiabilité β et la probabilité de défaillance Pf sous forme d’un outil d’aide à la décision pour éventuels réparation ou remplacement de la portion des pipelines endommagée. Voir les détails

Mots clés : fissure semi elliptique, Fiabilité, surface de réponse, probabilité de défaillance, intensité de contraintes

Reliability of the High Strength Pipeline Steelunder Corrosion Defect

O. GHELLOUDJ, D. ZELMATI, A. GHARBI, D. BERDJANE, C.D. RAMOUL, T. CHOUCHANE  (2017)
Publication

The demand of energy based on hydrocarbons, such as gas and oil, requires construction of more and more newpipelines. Therefore, the assessment of the remaining life of these pipeline structures became increasingly importantto ensure the continuity of production and distribution operations. The reliability of these industrial facilities islargely conditioned by specific characteristics of each system, by its conditions of use and its environment. Generally,the causes of deterioration of hydrocarbon transportation pipelines are related to the presence of apparent defects(pinholes, cracks, corrosion, etc). This study is aimed to estimate the reliability of pipeline structures. The B31Gmechanical model of degradation was used to assess the probability of failure through dimensions of defects. Voir les détails

Mots clés : Reliability, pipeline, Defects, Mechanical Model

Etude des Propriétés Mécaniques et de la Ténacité du Polyéthylène Haute Densité Destiné au Revêtement des Pipelines de Gaz

Zelmati Djamel (2005)
Mémoire de magister

Pour bien étudier l’influence de la morphologie des matériaux polymères sur la variabilité  des propriétés mécaniques et de la rupture, nous avons pu déterminer la ténacité à l’amorçage au mode I des PEHD destinés aux revêtement des pipelines gaz, en utilisant des corrélations qui permettent d’obtenir la ténacité à partir des critères en termes de contraintes et des critères énergétiques.   L’étude montre l’influence de l’épaisseur de la couche de revêtement ainsi que la vitesse de chargement sur la variabilité des propriétés mécaniques, et qu’il est possible de mesurer expérimentalement le facteur d’intensité de contrainte en état de contrainte plane  égale à 0.954 , on se basant sur des courbes d’évolution de la contrainte ultime en fonction d’un coefficient englobant la géométrie de l’éprouvette et la longueur de la fissure, ainsi que la mesure expérimentale de la ténacité représentée par  égale 87.95 KJ/m2 , observée par des essais de traction sur les éprouvettes parallélépipèdes d’épaisseur 1mm présentant des longueurs d’entailles différents. Voir les détails

Mots clés : matériau polymère, PEHD, ténacité, facteur d'intensité de contraintes, intégrale J

Study of The Reliability of A Composite Used In The Knee Prosthesis

L. Alimi, M. Boulkra, N. Sassane, S. Boukhezar, M. HASSANI, K. Bedoud, K. BEY  (2019)
Publication

In orthopedic surgery, the effectiveness of the implants used, such as hip and knee prostheses, depends mainly on their geometries and the type of loading to which they are subjected. In this work a probabilistic approach is chosen to study the reliability of a composite structure used in the manufacture of knee prostheses. The purpose of integrating reliability concepts is to consider uncertainty in several aspects including loading and material properties. The reliability index β is an excellent indication of durability and safety for given operating conditions. β is obtained using failure probability and a mechanical model. The critical stress intensity factor (Kc) is adopted as a criterion to the maximum limit of a numerically calculated KI. The results presented are discussed according to the length of the crack (a), and the limit load used. Voir les détails

Mots clés : Reliability analysis, critical stress intensity factor, crack length, load, reliability index

Experimental study of chemically aged HDPE pipe material in toluene-methanol mixture and distilled water

Latifa ALIMI, Kamel CHAOUI, Nacira Hamlaoui, and Khouloud Bedoud  (2019)
Publication

Studying the aging phenomenon of plastic pipes presents simultaneously an economic achievement and a technical challenge for water and natural gas transportation systems. Ver y often, they are exposed to aggressive environmental agents such as UV rays, ambient oxygen, acids, bases and some other so lvents, altering the material microstructure, its physical and chemical properties. The high density polyethylene (HDPE) material degradation and loss of performance are usually the consequence of unwanted changes in mechanical behaviors leading to lower resistance. In this s tudy, we examine the effects of distilled water (DW) and a mixture of toluene-methanol (TM) in contact with an HDPE pipe. Morphological properties such as crystallinity and oxidation induction time (OIT) are in vestigated using DSC method. Tensile tests and thermal analysis show that the TM mixture is much more absorbed by the resin as compared to DW. An increase in crystallinity is observed as established from literature for other organic solutions. Finally, the study gives an idea about property variances and their evolution as a function of the pipe thickness which c an be used as an estimation of the structural heterogeneity of the product. Voir les détails

Mots clés : Pipe; HDPE; Aging; Distilled Water; Toluene-Methanol Mixture; Crystallinity; OIT

ETUDE DE LA REACTION D’UN GUIDE DE LIGNE D’ARBRE SOUMIS A UNE SURCHARGE SOUDAINE

MASMOUDI Youssef Amine (2018)
Thèse de doctorat

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

Aeroelastic analysis of the air foil bearings in steady state

Youcef Amine MASMOUDI, Ammar Haiahem  (2018)
Publication

In recent decades, turbomachinery has known a special development with the aim of lightening rotating components of machinery and preserving the environment all for improving operating performances. The key elements in the turbomachinery are the air foil bearings that support rotors rotating at high speeds. In this paper, we are interested in the aero-elastic study of air foil bearing in stationary régime. The deformable structure contains a corrugated foils (bumps) fixed on a top-foil rigid which forms with rotor and air an elasto-aerodynamic contact. Numerical modeling was developed based on the Reynolds equation and an elastic deformation model of the bump depending on aerodynamic pressure, bump geometry and its mechanical proprieties. This problem non-linear is resolved using finite difference discretization and Newton-Raphson method. Finally, the calculations show the pressure distribution and field of film thickness as well as other fluid-structure interaction characteristics due to the functional conditions. Voir les détails

Mots clés : air bearing, aero-elastic, foil structure, film thickness, charge capacity