Durability of tubular composite structures : fatigue and time-dependent damage modeling

par Paul Treasurer

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Dominique Perreux.

Soutenue en 2010

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Durabilité des structures tubulaires composites : modélisation de l'endommagement dépendent du temps et en fatigue


  • Résumé

    L'objectif de cette étude est de développer un modèle d'endommagement en fatigue en vue d'optimiser le dimensionnement d’un riser tout composite. Afin de mieux comprendre les phénomènes pertinents pour une telle structure, des études expérimentale et analytique ont été menées sur des tubes en fibre de carbone époxyde. Des essais quasi-statiques et de fluage ont été réalisés sur des éprouvettes afin de caractériser le comportement longitudinal, en cisaillement et transverse ; des éprouvettes ont été testées pour valider les modèles. Des essais de fatigue ont été également réalisés, aux niveaux de contraintes et rapports de R différentes, pour déterminer l’évolution de l’endommagement en fatigue. Un modèle développé par Perreux et al a été choisi pour modéliser les phénomènes élastiques, viscoélastiques, plastiques, viscoplastiques et d’endommagement qui ont été constatés pendant les essais de caractérisation. Les résultats des éprouvettes ont permis d'obtenir les propriétés les paramètres du modèle, et le modèle a été validé par les résultats des autres empilements. Un nouveau modèle d'endommagement a été développé pour prendre en compte l’endommagement dû aux chargements cycliques ou de fluage. L’approche est basée sur un spectre temporel d'endommagement élémentaire. Cette approche permet de prendre en compte les effets de la fréquence de chargement et le rapport de R, et les simulations du modèle concordent avec les résultats des essais. Finalement, les résultats de cette étude ont été appliqués au cas d'un riser de production tout composite.


  • Résumé

    The objective of this study is to develop a fatigue model to improve the dimensioning of a composite production riser. In order to better understand the behavior of this structure, carbon fiber composite tubes have been studied experimentally and analytically. Quasi-static and creep tests were performed on filament-wound tubular specimens to characterize the material. The model developed by Perreux ct al was chosen to simulate the viscoelastic, plastic, viscoplastic, and damage behaviors observed during the characterization tests. Identification of the various material properties and model parameters was performed using the results of the quasi-static and creep tests on the lay-ups, and the model was validated using the results of the other laminates. In order to take into account fatigue and creep damage, a new damage model was proposed. The approach is based on a spectrum of elementary time-dependent damages. The resulting model is capable of describing the experimentally observed stiffness loss during creep and fatigue tests at different frequencies and R ratios. The experimental and analytical results were applied to the case of composite riser design.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (152 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 146 -152

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • PEB soumis à condition
  • Cote : SCI.BESA.2010.16
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.