Fuite liquide au travers d'un contact rugueux : application à l'étanchéité interne d'appareils de robinetterie

par Christophe Vallet

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Jean-Rodolphe Puiggali et de Didier Lasseux.

Soutenue en 2008

à Paris, ENSAM .


  • Résumé

    Dans les appareils de robinetterie équipant les centrales nucléaires, l'étanchéité interne est réalisée par le contact direct entre surfaces métalliques. Dans ce contexte, ce travail porte sur l'étude de fuites liquides au travers d'un contact entre deux surfaces rugueuses serrées l'une contre l'autre. Deux approches sont menées en parallèle : l'une théorique/numérique, l'autre expérimentale. Les modèles mis en place permettent de prédire les fuites à partir des textures non déformées des surfaces en contact et en fonction du serrage appliqué. Les déformations des surfaces sont tout d'abord calculées à l'aide d'un modèle semi-analytique élasto-plastique parfait. L'écoulement liquide est ensuite résolu au travers du champ d'ouverture résultant. Des modèles pour caractériser et simuler les textures rugueuses ont également été développés à partir d'une approche fractale, permettant ainsi de prédire les fuites à partir d'outils purement numériques, sans avoir recours à la mesure d'états de surfaces. Grâce à ces modèles, une corrélation a pu être établie entre les textures des surfaces et les performances du contact vis-à-vis de l'étanchéité. Pour tester les modèles mis en place, des mesures de débits de fuite au travers de contact rugueux ont de plus été effectuées. La confrontation directe entre essais et simulation a montré que les modèles surestiment les débits de fuite, en particulier à fort serrage. Une étude détaillée de la chaîne de prédiction a permis de montrer que les écarts proviennent principalement du modèle de déformation. Une modélisation prenant en compte le caractère hétérogène du matériau semble une piste intéressante pour améliorer les prédictions.

  • Titre traduit

    Liquid leakage through a rough contact : application to the internal sealing of valves


  • Résumé

    Internal sealing of valves used in nuclear power plants is performed by direct contact between metallic surfaces. In this context, this work deals with the study of liquid leakage through a tight contact between two rough surfaces. Two approaches were followed in parallel\hspace{-1mm}: a theoretical/numerical one and an experimental one. Models developed here allow to predict leakage as a function of tightening starting from non-deformed textures of contacting surfaces. Surface deformation is first computed with a semi-analytical elasto-perfectly plastic model. Liquid flow is then solved through the resulting aperture field. Models for characterizing and synthesizing roughness were also developed from fractal theory, providing a complete numerical tool for leakage predictions. From these models, a correlation between surface textures and sealing efficiency was established. Moreover, leak-rate measurement were carried out to test the model performance. Direct comparisons between experimental results and simulations showed that predictions over-estimate the leak-rates, especially when tightening is high. A detailed analysis of the whole calculation procedure showed that deviations mainly originate from the deformation model. Improvement of the predictive tool might require the consideration of material heterogeneity at the constitutive grains.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (133 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 132-133

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Arts et Métiers ParisTech. Centre d'enseignement et de recherche. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.