Conception optimisée et comportement en service de manilles forgées

par Julien Cochet

Thèse de doctorat en Sciences pour l'Ingénieur

Sous la direction de Pierre Yves Manach et de Sandrine Thuillier.

Le président du jury était Michel Coret.

Le jury était composé de Nicolas Decultot, Khémais Saanouni, Tahar Loulou.

Les rapporteurs étaient Katia Mocellin, Régis Bigot.


  • Résumé

    Les manilles utilisées pour l'assemblage et l'amarrage des plates-formes pétrolières nécessitent des propriétés mécaniques de plus en plus élevées. Mais les défauts de fabrication de ces manilles, responsables de leur rupture prématurée, engendrent des coûts d'intervention très élevés. Afin de comprendre et d'anticiper ces défauts de fabrication, trois outils numériques ont été développés permettant de simuler (i) le procédé de fabrication, (ii) le traitement thermique et (iii) le chargement mécanique de la manille. Le procédé de fabrication des manilles est constitué d'une succession de différentes étapes de forgeage à chaud et a été caractérisé avec des mesures de température, géométrie et efforts durant toutes les étapes. Un modèle numérique thermo- mécanique du procédé de fabrication a été développé en 3D et permet de prédire tous les paramètres de forge. Une étude numérique d'influence de certains paramètres du procédé a permis de comprendre les différentes causes de mise au rebut. Des mesures de température, des observations métallographiques au microscope et au MEB ainsi que des essais mécaniques ont été effectués sur des lopins après différents cycles de traitement thermique. Un modèle numérique de traitement thermique a été développé en 1D et permet de simuler les changements de phases pendant la normalisation et la trempe, et ainsi d'obtenir la dureté résultante en tout point du lopin. Finalement, une cartographie des propriétés mécaniques d'une manille a été obtenue et les modes de déformation de la manille en condition de chargement ont été évalués par le biais d'un essai de tension sur banc. Le modèle numérique de la manille sous tension a été développé en 3D et permet d'évaluer la charge maximale en service, la charge à rupture ainsi que la zone critique de la manille étudiée

  • Titre traduit

    Optimized design and in-service behaviour of forged shackles


  • Résumé

    Shackles used for the assembly or the mooring of petroleum platforms require constantly higher mechanical properties. But the manufacturing defects often lead to premature failure which can cost 1M€/day. Thus, in order to understand and anticipate those manufacturing defects, three numerical tools have been developed to simulate (i) the manufacturing process, (ii) the heat treatment and (iii) the mechanical behavior of the shackle. A shackle is manufactured via a sequence of hot forming stages and the manufacturing process has been characterized during all the stages, with measures of temperature, geometry and loads. The numerical thermo-mechanical model has been developed in 3D and gives a very good prediction of each forging parameters. A numerical study of influence of some process parameters has led to a better understanding of scrapping. Temperature measurements, metallographic observations as well as mechanical testing have been carried out on cylindrical rods after various heat treatment cycles. The numerical heat treatment model has been developed in 1D and predicts phase transformations during normalizing and quenching, as well as the hardness at each point of the rod. Finally, the distribution of the mechanical properties over a shackle has been characterized and the deformation modes of the shackle were evaluated via a load test on a dedicated bench. The numerical model of the shackle under tension has been developed in 3D and allows to evaluate the working load limit, the break load as well as the critical zone of the shackle.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible sur intranet à partir du 01-10-2023

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