Génie mécanique
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
Aeroelastic analysis of the air foil bearings in steady state
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
Inspections, statistical and reliability assessment study of corroded pipeline
The purpose of this work is to examine some points of views on the burst pressure standards assessment for a pipeline with internal and/or external corrosion defects. The proposed work contains three major parts. First, we used several analytical and numerical methods with the use of Ansys Software. The goal is presenting different aspects concerning burst pressure standards computation of real burst test. The second part shows an experimental study in order to check the inspections standards using an intelligent pig tool over a 48?km of a pipeline located in Algeria. All detected defects in the corroded pipeline are statistically analyzed. The final part, the reliability index β of the corroded pipeline subjected to internal pressure is estimated by using the SORM reliability approach. Voir les détails
Mots clés : Corroded pipeline burst test, Probability of failure, Failure assessment diagram, Finite Element Analysis
Remaining Life Estimation of the High Strength Low Alloy Steel Pipelines by Using Response Surface Methodology
This paper presents a probabilistic study to estimate the remaining lifespan of cracked steel pipeline by using the response surface technique. The purpose is to assess the reliability index of the high strength low alloy steel (HSLA) pipelines for a limit state function without closed-form. The implicit objective function is approximated by a polynomial representing a quadratic response surface and the assessment of the failure probability is obtained using Second order reliability method (SORM). The presence of a semi-elliptical crack defect in the longitudinal direction of the pipe steel will intensify the stress field at the crack tip and will decrease the limit state function. Exhaustive and costly tensile and Charpy V notch tests prepared from the longitudinal direction of the parent tube were achieved in order to study the mechanical behavior of API X70 steel grade and integrating the uncertainties of the engineering model parameters through their probabilistic densities. The assessment of the stress intensity factor is conducted by using the finite element methods. The estimation of the reliability index and the probability of failure are carried out by coupling the mechanical model, and the finite element method based on the commercial code ABAQUS. This coupling based on the response surface methodology, could be used as a decision making support for any repair or replacement of the damaged pipeline. Voir les détails
Mots clés : Reliability, Elliptical crack, Response surface, Uncertainties
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
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
Experimental investigation of notch effect and ply number on mechanicalbehavior of interply hybrid laminates (glass/carbon/epoxy)
The great advantages of hybrid composite materials reside in the synergistic effect of their constituent materialsand that make them very attractive for advanced applications. Nevertheless, the interactive effect of the intrinsicproperties of each element further complicates understanding of their behavior. In this study, an experimentalanalysis of the mechanical behavior of interply hybrid laminates (glass/carbon/epoxy) and the estimation of thehybridization effect with respect to mono-reinforced laminates were carried out. It has been found that theincorporation of 25% carbon fibers in the glass/epoxy laminates contributes significantly to improving theirtensile mechanical properties but they degrade as the number of glass plies increase. In addition, investigationswere carried out on the sensitivity of these materials to geometric imperfections. To this end, the influence of acircular notch has been highlighted. From the results obtained, it was found that the greatest loss of properties isrecorded for the hybrid materials; however, they remain the most resistant. Voir les détails
Mots clés : Hybrid composite materials, laminates, notch, mechanical properties
Study of the effect burnishing on superficial hardness and hardening of S355JR steel using experimental planning
Surface hardness plays an important role in lifetime of a mechanical piece subjected to friction and wear. Indeed, the hardness can be improved by superficial plastic deformation processes (SDP), such as mechanical surface treatment "MST", in particular the ball burnishing. However, the treatment result of is conditioned by mastery of operation thus ensuring treated piece good mechanical and geometric properties. Experimental work was carried out by applying the ball burnishing process on steel tensile specimens S355JR, in order to observe the influence of treatment parameters regime on surface hardness ‘Hv’ and the effect of latter on tensile behavior of this steel. Two parameters of regime were considered namely: burnishing force "Py" and number of passes "i". The relationship between these parameters and microhardness measured at "Hv" surface has been highlighting using factorial plans 22. Moreover a mathematical model has been obtained allowing prediction of response (Hv) as well as optimization of parameters of treatment regime. The experimental results showed that for surface hardness Hv it is possible to reach a 45% improvement rate for a burnishing force py = 20 Kgf and a number of passages i = 3 for this material. Regarding behavior of material during tensile test, for a low burnishing force (py = 10N) and a number of passes (i = 5), the section further weakening (S = 4.14), proof than ductility of material has decreased. Voir les détails
Mots clés : Surface hardness, factorial designs, ball burnishing, Mathematical model, tensile behaviour
Endurance and Damage in Fatigue of Symmetrical Configuration 2P-2V-2P Perlon-Glass-Acrylic Composite Laminates of Orthopaedic Use
In this paper, an experimental characterization of fatigue behaviour on prismatic specimens of a symmetrical laminated composite material perlon- glass- acrylique 2P-2V-2P for orthopaedic use is conducted. Cyclic repeated solicitation is employed corresponding to applied minimum stress σmin equal zero. The various loading levels imposed on the specimens are 80%, 70%, 60%, 55%, 45%, 35% and 25% of the value of the static failure strength measured in flexure. A significant scatter characterizes the results of material fatigue lifetime. That is the consequence of the heterogeneity of the material structure. The scattered phenomenon prevents any prediction of the lifetime with a good probability using Wohler equation. This enables defining a constant degradation rate by 10% cycle decade. The microstructure morphology study through microscopic observations is also discussed and analyzed. The damage state in fatigue is characterized by a combination of density and orientation of micro-cracks. This damage is mainly due to mechanisms complexity of matrix micro-cracking, inter facial exfoliation, debonding and delamination. The damage evolution stages in the case of cyclic loading have the same nature than those found in static loading but have different chronology and scale Voir les détails
Mots clés : perlon, acrylic, Orthopaedic, fatigue, Scatter
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.