RFM 1999_4

SOMMAIRE

INSTRUC 4

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R. Roche - INSTRUC 4 - Introduction
C. Bois Méthode prédictive pour analyser l'intégrité des soudures ESTIMATION SCHEME FOR WELDS INTEGRITY
J. Héliot Ajustement des coefficients partiels de sécurité dans les analyses de nocivité des défauts DETERMINATION OF PARTIAL SAFETY FACTORS FOR DEFECT ANALYSIS
S.Combe - Définition de la périodicité de contrôle des assemblages soudés des pylônes de remontées mécaniques à partir d'essais de fissuration
C. Cremona Évaluation des assemblages soudés vis-à-vis de la fatigue et du risque de rupture Design of composite bridges
M.Dubois - Méthodes pratiques d'évaluation numérique de la fissuration par fatigue des structures mécaniques Practical for mecanical assessment of fatigue in mechanical structures
S. Maherault Fatigue de lisses de pétrolier, analyse et observation en service Fatigue of longitudinals of an oil tanker, in–service analysis and observations
L. Taleb - Prévision de la fatigue dans le RCC-MR; remarques sur l'analyse élastique FATIGUE ASSESSMENT BY THE RCC-MR DESIGN RULES : REMARKS ON THE ELASTIC ANALYSIS
Articles libres/Presentations
G. Mbobda Etude expérimentale de l'effet des perturbations de la fondation des machines-outils de précision exceptionnelle sur les défauts de fabrication ESTIMATION SCHEME FOR WELDS INTEGRITY
P. Mitrouchev - Conception optimale d'un bras manipulateur en matériaux composites G. Mbobda Etude expérimentale de l'effet des perturbations de la fondation des machines-outils de précision exceptionnelle sur les défauts de fabrication OPTIMAL DESIGN OF A ROBOT ARM WITH COMPOSITE MATERIALS
C. Descombes Évolution technologique des moteurs diesels industriels Evolution of the Diesel industry

METHODE PREDICTIVE POUR ANALYSER L'INTEGRITE DES SOUDURES C. BOIS – Ch. FRANCO Framatome – PARIS LA DEFENSE - FRANCE

RESUME

FRAMATOME a développé en collaboration avec EDF une méthode prédictive dénommée ARAMIS (Aide à la Réalisation d'Analyses Mécaniques sur l'Intégrité des Soudures) pour analyser l'intégrité des soudures. Le formalisme de cette méthode basée sur l'approche EPRI (Electric Power Research Institute) permet de tenir compte de la discontinuité des propriétés des matériaux engendrée par l'opération de soudage. L'application de cette méthode pour l'analyse de défauts situés dans des éprouvettes de traction ou de flexion a été présentée par ailleurs.

L'objet de cet article est de faire un état des travaux réalisés sur l'identification des principaux mécanismes de déformation dans les éprouvettes de laboratoire et leur utilisation afin d'étendre la méthode ARAMIS à l'analyse d'intégrité dans les soudures des tuyauteries du circuit primaire principal des centrales REP. Ces tuyauteries sont soumises à des chargements de traction, flexion, traction et flexion. Les comparaisons du paramètre J obtenu par méthode simplifiée et par calculs aux éléments finis montrent un bon accord entre les deux approches.

Schéma du tuyau/representation of the pipe

 

ESTIMATION SCHEME FOR WELDS INTEGRITY

ABSTRACT

Framatome has developed, in collaboration with EDF, a J estimation scheme named ARAMIS (Aide à la Réalisation d'Analyses Mécaniques sur l'Intégrité des Soudures) to analyse welds integrity. The formalism of such a method based on assumptions required by the EPRI (Electric Power Research Institute) formalism takes into account the mismatch of the tensile properties generated by the welding process. The application of this estimation scheme to crack analysis in tensile and bending specimens has been widely discussed in previous papers.

This paper aims at presenting the work done to identify the principal strain mecanism in laboratory specimen and their use to extend the ARAMIS method for PWR pipes welding integrity analysis. These pipes are subjected to tensile load, bending load and combination of tensile and bending loads. Comparisons between the J values obtained by this estimation scheme and finite element calculations show a good agreement between the two approaches.

 

AJUSTEMENT DES COEFFICIENTS PARTIELS DE SECURITE DANS LES ANALYSES DE NOCIVITE DES DEFAUTS Par J. HELIOT FRAMATOME, 92084 Paris La Défense Cédex Par E. MEISTER EDF SEPTEN, 69628 Villeurbanne Cédex

  Résumé

Pour que la tenue des structures soit assurée, les codes de construction exigent que certains coefficients de sécurité soient respectés. Ils doivent permettre de garantir une bonne fiabilité. Cet article donne une méthode pour relier les coefficients de sécurité à la fiabilité. Cette méthode est appliquée à l'étude de la nocivité des défauts dans un circuit de centrale nucléaire.  

Exemple de défaut/Example of defect

DETERMINATION OF PARTIAL SAFETY FACTORS FOR DEFECT ANALYSIS

Abstract

Design codes require to respect specific safety factors in the design of structures. They are through to provide an appropriate reliability for the structures. This article describes a method to give the relation between safety factors and reliability. This method is used to typical defect analysis in a nuclear power plant system.

DEFINITION DE LA PERIODICITE DE CONTROLE DES ASSEMBLAGES SOUDES DES PYLONES DE REMONTEES MECANIQUES A PARTIR D'ESSAIS DE FISSURATION S. COMBE - Service Technique des Remontées Mécaniques, Domaine Universitaire, 1461 rue de la Piscine, 38400 Saint Martin d’Hères. P. MERRIEN - CETIM - Etablissement de Senlis - 52, Avenue Félix-Louat- B.P. 80067- 60304 Senlis Cedex. M. SERROR - Bureau Veritas, 17 bis place des Reflets, La Défense 2, 92400 Courbevoie. H.P. LIEURADE - CETIM - Etablissement de Senlis - 52, Avenue Félix-Louat- B.P. 80067- 60304 Senlis Cedex. Y. BARJON - Service Technique des Remontées Mécaniques, Domaine Universitaire, 1461 rue de la Piscine, 38400 Saint Martin d’Hères.

RESUME

Les pylônes de remontées mécaniques sont soumis en service à des sollicitations cycliques importantes qui peuvent conduire, dans certaines conditions, à une fissuration au droit des liaisons soudées. C’est pourquoi des contrôles sont imposés par la réglementation en vigueur. La périodicité de ces contrôles, réalisés souvent dans des conditions d’environnement difficiles, doit être optimisée.
L’étude qui a été entreprise a pour objectif de définir plus précisément cette périodicité. Elle comprend trois volets :

• Une simulation expérimentale à l’échelle 1 des effets d’un chargement cyclique sur le phénomène de fissuration par fatigue des zones critiques,
• Une modélisation numérique de cette phase de fissuration, qui s’appuie sur les résultats précédents,
• Une définition des intervalles de surveillance, prenant en compte les chargements réels mesurés en service.
•  

DEFINITION OF THE PERIODICITY IN THE INSPECTION OF THE WELDED ASSEMBLIES OF AERIAL ROPEWAYS TOWERS, FROM FATIGUE CRACK GROWTH TESTS

Abstract non available

 

EVALUATION DES ASSEMBLAGES SOUDES VIS-A-VIS DE LA FATIGUE ET DU RISQUE DE RUPTURE Christian CREMONA Mladen LUKIC Laboratoire central des Ponts et Chaussées, Division Fonctionnement et Durabilité des Ouvrages d’Art 58, boulevard Lefebvre, 75732 Paris CEDEX 15, France

Résumé

La conception française des ponts mixtes autorise des degrés de redondance très faibles. Ceci est particulièrement le cas des quelques ouvrages uniquement composés de deux poutres principales. Une telle conception repose sur le choix de matériaux appropriés, de mise en œuvre de qualité,… Bien qu’aucun dommage sérieux n’ait été détecté, mais parce que les ponts mixtes constituent un parc d’ouvrages relativement récent, une attention particulière est aujourd’hui portée sur la fiabilité de ces structures.

La question principale qui se pose pour les assemblages soudés est la suivante : supposons qu’une fissure de fatigue soit détectée, quel temps reste-t-il avant la défaillance ? Il est en effet essentiel d’évaluer la durée de vie résiduelle dès qu’une fissure est détectée. Un corollaire à ce problème réside dans la détermination des instants d’inspection et des décisions à prendre pour la maintenance des assemblages soudés.

Un tel problème peut être appréhendé en utilisant la théorie de la fiabilité et en appliquant des optimisations économiques de la maintenance. L’introduction des concepts de la théorie de la fiabilité peut s’expliquer par le niveau élevé d’incertitudes qui touchent certains paramètres et les techniques non destructives d’inspection. Evaluer la durée de vie résiduelle requiert de définir des états limites qui introduisent des variables présentant des caractéristiques aléatoires (taille de fissure initiale, paramètres de la mécanique de la rupture,…) et d’utiliser des résultats d’inspection qui transportent une large part d’incertitudes.

L’objectif de cet article est de présenter quelques travaux sur ce sujet. Les recherches ont porté sur des ouvrages types pour lesquels des assemblages critiques ont été identifiés. L’état limite est une combinaison d’un état limite de fatigue (propagation de fissures) et de la règle R6 (rupture fragile et ductile). L’article insiste sur le problème de la modélisation probabiliste des incertitudes. Cette approche probabiliste est alors introduite dans une stratégie de maintenance afin de déterminer les instants d’inspection optimaux en minimisant le coût total moyen de maintenance sur une durée spécifiée.

 

Summary

The french design of composite bridges allows very low degrees of redundancy. This is particularly the case of some typical composite bridges only composed of two main girders. Such a design relies in the choice of appropriate materials, good construction processes,… Although no serious damage has been yet detected, but because composite bridges constitute a relatively young bridge stock, some care is today brought on the reliability of these structures.

The main question regarding welded joints is the following one: assuming that a fatigue crack is detected, what is the delay before complete damage? It is indeed essential to assess the remaining lifetime as soon as a crack is observed. A corollary problem lies in the determination of the next inspection times and the decisions to be taken for the maintenance of welded joints.

Such a problem can be tackled by using the reliability theory and by applying maintenance cost optimisation. The introduction or reliability concepts can be explained by the high level of uncertainties introduced by some parameters, but also by the reliability problems related to the non destructive inspection techniques. To assess the remaining lifetime requires to define limit-states introducing variables which sometimes present probabilistic features (initial crack sizes, fracture mechanics parameters,… for instance) and to use inspection results which carry a large part of uncertainties.

The aim of this paper is to present some results issued from this work. The research has been carried out on typical bridges for which critical joints have been identified. The limit state is a combined limit state including a fatigue limit state (based on fatigue crack growth) and a R6 limit state (representing fragile or ductile rupture). The paper will highlight the particular problem of modelling the uncertainties. This probabilistic approach is then introduced in maintenance strategy in order to determine the optimal next inspection time by minimising the total expected cost on a specific period.

Assemblage soudé " raidisseur/semelle ".

METHODES PRATIQUES D’EVALUATION NUMERIQUE DE LA FISSURATION PAR FATIGUE DES STRUCTURES MECANIQUES Practical for mecanical assessment of fatigue in mechanical structures M. DUBOIS, Y.A. MORVAN CETIM 52, avenue Felix Louat - 60300 SENLIS

Resume :

Après un rappel des méthodes et procédures d’évaluation de la nocivité des défauts et des critères d’admissibilité utilisés dans les principaux codes, on précise les méthodes de calcul des paramètres de rupture et les lois de modélisation de la fissuration en fatigue. On présente ensuite un exemple d’application par le logiciel CETIM-Sécure concernant l’évaluation de la durée de vie d’un assemblage soudé.

Practical for mecanical assessment of fatigue in mechanical structures

After recalling methods and procedures used in assessment of flaws and admissibility criteria appearing in main codes, we specify computing methods of fracture parameters as well as modelization of cracking fatigue. We present then an example of lifetime assessment for a welded joint by using the software CETIM-Secure.

 

Définition du type d’analyse :

FATIGUE DE LISSES DE PETROLIER, ANALYSE ET OBSERVATIONS EN SERVICE Stéphanie MAHERAULT - Michel HUTHER - Guy PARMENTIER Bureau Veritas, Paris.

Résumé

La taille croissante des navires, l’optimisation de l’échantillonnage des structures associée à l’utilisation d’acier à haute résistance (HLE) a entraîné une plus grande sensibilité des navires au cumul de fatigue.

La publication traite du retour d’expérience d’un pétrolier de 165 000 tonnes construit en acier HLE (E315 et E355) qui a connu des fissures de fatigue peu de temps après sa mise en service.

La première partie de la publication concerne la description des détails type fissurés, leurs localisations dans la structure globale du navire et leurs dates d’apparition. Une analyse statistique des résultats d’avaries est présentée . La seconde partie présente la procédure réglementaire de calcul de la durée de vie en fatigue des détails soudés de navire qui est extraite de la Note d’Information Fatigue (NI 393) du Bureau Veritas. La troisième partie décrit l’application de cette procédure au cas étudié et compare les résultats réglementaires avec les données de retour d’expérience. La conclusion présente la synthèse de l’évaluation de l’aptitude de la procédure réglementaire à prédire la résistance à la fatigue des détails et se termine par la présentation des améliorations apportées à la procédure.

 

Fatigue of longitudinals of an oil tanker, in–service analysis and observations

 

Abstract

The increasing size of the ships, the optimization of the scantling of ship structures combined with the use of high tensile steel (HTS) led to a more sensitivity of ship structure towards fatigue failure mode.

This paper deals with the experience feedback of an 165 000 (t) oil tanker in HTS (E315 and E355) which developed fatigue cracks during the first seven years of this service period .

The first part of the paper concerns the description of the typical cracked details, their positions in the global ship structure and their discovering date. A statistical analysis of the fatigue cracking is presented in the paper. The second part presents the rule procedure for the calculation of the fatigue ship’s life of welded details which is extracted from the Bureau Veritas Fatigue Guidance Note (NI 393). The third part describes the application of this procedure to the studied case and compares the rule results with the experience feedback data. The conclusion presents the summary of the evaluation of the capacity of the fatigue rule procedure to predict the fatigue strength of the welded details and ends with the presentation of the procedure improvements.

 

Distribution des fissures le long du navire au terme de 7 ans de service (07/89 au 07/96)

PREVISION DE LA FATIGUE DANS LE RCC-MR : REMARQUES SUR L’ANALYSE ELASTIQUE Lakhdar TALEB*, François SIDOROFF** * INSA/URGC/Structures, 20 avenue Albert EINSTEIN, 69621 Villeurbanne Cedex. ** ECL/LTDS, UMR 5513, 36 avenue Guy de Collongue, BP 163, 69131 Ecully Cedex.

RESUME

Pour l'évaluation du risque de fatigue par les Règles de Conception et de Construction des Matériels Mécaniques des Îlots Nucléaires RNR (RCC-MR), deux alternatives sont proposées.

Pour l’essentiel ces méthodes reviennent à évaluer une amplitude de déformation (élastoplastique) due au chargement appliqué. Cependant, elles diffèrent par la manière dont est évaluée cette amplitude. Pour l’analyse dite élastique, le point de départ est un calcul purement élastique qui permet ensuite par diverses procédures (règle de Neuber entre autres) d’extrapoler une déformation élastoplastique. Cette méthode est évidemment très séduisante car, par rapport à l’autre analyse dite élastoplastique, elle évite un calcul incrémental de structure ainsi qu’une identification précise (et coûteuse) des paramètres des modèles utilisés. L'objectif de ce papier est d'attirer l'attention des concepteurs sur les limites de l'analyse élastique. Outre la difficulté d’identification de la partie primaire de la contrainte, il est montré que dans certains cas, la distribution des efforts dans la structure donnée par l'analyse élastique n'est pas forcément représentative de la distribution réelle en élastoplasticité (effet de ressort). L’insuffisance de la méthode élastique dans la prévision de l’amplitude de déformation du cycle stabilisé est aussi montré à travers des résultats d’essais sur structures.

                                                   Bi-tube/dobble tube

FATIGUE ASSESSMENT BY THE RCC-MR DESIGN RULES : REMARKS ON THE ELASTIC ANALYSIS

ABSTRACT

According to RCC-MR (French rules for mechanical engineering design of FBR), fatigue life assessment is based on the evaluation of the equivalent elastoplastic strain range resulting from a given cyclic loading. Two methods can be used according to whether an elastoplastic or an elastic structure analysis is performed. The elastic analysis is of course more attractive for it avoids a heavy iterative elastoplastic analysis and an expensive identification of the material behavior from mechanical tests. On the other hand it relies on some empirical extrapolation rules from the elastic to the real case. The purpose of the present paper is to draw attention to some limitations of this procedure. In particular attention will be focused on two points,

1. The classification of the applied stress into primary and secondary parts is essential and it is shown that the thermal stresses which are often considered as secondary may in some cases play a primary role,
2. The Neuber’s rule which is used to evaluate the plastic strain from the elastic stress will be shown to be significantly wrong for some special configurations.

This is in fact essentially related to situations where the elastic follow up effect is important.

CONCEPTION OPTIMALE D'UN BRAS MANIPULATEUR

EN MATERIAUX COMPOSITES

par P. MITROUCHEV* - P. ANDRÉ**

*ENSHMG-UJF-INPG, Laboratoire "Sols, Solides, Structures", UMR 5521, Domaine Universitaire, B.P. 53, 38041 GRENOBLE Cedex 9

**ENSMM de Besançori, 26, Chemin de I'Epitaphe, 25030 BESANCON Cedex 

Résumé

Afin d'améliorer la précision statique et la réponse dynamique de l'effecteur d'un robot une étude concernant le choix optimal des caractéristiques des matériaux classiques et composites est présentée. Une comparaison entre les stratifiés symétriques et antisymétriques est faite en étudiant la théorie du stratifié composite. Une méthodologie de conception optimale du bras du robot en composites est proposée.

OPTIMAL DESIGN OF A ROBOT ARM WITH COMPOSITE MATERIALS

Abstract

In order to improve the static precision and tlie dynamic respoiise for a robot effector a comparative study conceriiiiig tlie optmiail clioice of tlie material characteristic is presented. TIien comparisori between syimmetiic and aiiti-symmetric stratifies is done

ÉVOLUTION TECHNOLOGIQUE DES MOTEURS DIESEL INDUSTRIELS

par G. DESCOMBES, J. JULLIEN, J.-L. MAGNET, M. MURAT

Conservatoire National des Arts et Métiers, Laboratoire de machines et moteurs, 292, rue Saint-Martin 75141 Paris cedex 03 Université Pierre et Marie Curie, Laboratoire de mécanique physique, 2, place de la Gare de ceinture 78230 Saint-Cyr l'Ecole

Résumé

On retrace brièvement les étapes successives qui ont marqué l'évolution des caractéristiques du moteur Diesel industriel au travers du siècle écoulé. Une première étape de développement concerne l'augmentation substantielle de la puissance spécifique qui a été obtenue grâce à la mise en oeuvre de procédés diversifiés de suralimentation. Les économies d'énergie constituent une seconde étape à partir des années 1970 tandis que la réduction des émissions nocives devient rapidement indissociable des performances énergétiques du moteur thermique. Le concept de cogénération contribue également à répondre au double objectif d'économie d'énergie des combustibles fossiles et de dépollution simultanée de l'environnement.

Abstract

We pay in first homage to Rodolphe Diesel (1858-1913) who was born near the Conservatoire national des arts et métiers in Paris where he has himself spoken about his work during the international mechanical congress (1900). Then, we recount the successive steps that have marked the evolution of the Diesel engine during the 20th century. A fïrst step concerns the significant increase of specific power with the wide variety of supercharging processes. The energy saving constitutes a second and crucial step whilst the toxic emission reduction becomes quickly indissociable with energetic performances of the thermal engine. We conclude with the cogeneration and trigeneration concepts of power units for obtaining energy saving and preservation of environment.

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DE L'EFFET DES PERTURBATIONS DE LA FONDATION DES MACHINES OUTILS DE PRÉ CISION SUR LES DÉFAUTS DE FABRICATION

par G. MBOBDA

Ph.D, Professeiir à l'Ecole -Nationale Siipérieure Pojytechniqiie de Yaoundé Cameroun

Résumé

Cet article présente une étude de l'influence des perturbations du sol des ateliers de construction mécanique sur l'état des surfaces obtenues sur une machine-outil installée comme objet d'étude sur un stand vibratoire de recherche spécial.

Une des conclusions essentielles de l'auteur est la mise en évidence de la variation des composantes spectrales des irrégularités des surfaces usinées. Cette variation s'interprète aisément comme la combinaison des variations de la rigidité des pièces et des organes de l'ensemble du système sous l'action cinématique externe des excitations imposées au bâti par le vibrateur, modélisant ici les perturbations réelles.

ESTIMATION SCHEME FOR WELDS INTEGRITY

Abstract

Tliis paper presents a study of the influeiice of the machine building workshops on the state of the surfaces manufactured by using a machine-tool mounted as the object of study of a specia1 stand with vibrator

Oiie of the essential conclusions of the author is the perception of the variation of the compoiients of machined surfaces. Tliis is considered as the combination of the variations of the stiffness of aIl parts of the machine-tool, due to the excitatioiis applied to its base by the vibrator modeling here thereal perturbations. of a macline-tool fouiidation perturbations.