Comportement des coques cylindriques minces sous chargements combinés : vers une amélioration du dimensionnement sous flexion et pression interne

= Behavior of thin cylindrical shells under combined loads : to improve dimensioning in bending and internal pressure

• Auteur / Autrice : Pierre-Olivier Antoine
• Direction : Ali Limam, Jean-François Jullien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : URGC - Unité de Recherche en Génie Civil (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Essais

Flexion (mécanique)

Pression

Flambage (mécanique)

Thèses et écrits académiques

Coques (ingénierie)

Résumé

L'objectif de cette étude est de donner des recommandations quant au dimensionnement au flambage des coques minces cylindriques sollicitées par une effort combiné de pression interne et de flexion. Par une démarche expérimentale et numérique nous tentons d'identifier les comportements caractéristiques des structures étudiées. Deux objectifs principaux constituent la trame de notre étude : - Pour quelle combinaison et quel taux de chargement la structure va atteindre une limite d'utilisation et de quelle façon (bifurcation, point limite. . . épuisement matériau. . . ). – Comment et dans quelle mesure peut-on extrapoler les résultats d'essais obtenus sur spécimens pour le dimensionnement de structures réelles. La validité de la charge de référence alpha CL est vérifiée par des analyses linéaires dans le cas d'un chargement de flexion pure. Puis, dans un second temps, nous nous intéressons au chargement combiné de pression, flexion, cisaillement. L'effort de flexion étant appliqué par l'intermédiaire d'un bras de levier, nous déterminons si ce couplage cisaillement / flexion peut modifier les charges de ruine de la coque cylindrique pressurisée. Nous montrons qu'il n'existe pas de critère unique nous permettant de déterminer les charges " admissibles " par la structure. En effet, en s'appuyant sur l'analyse du comportement post-critique, nous délimitons deux zones (stable et instable) sur lesquelles les ruines correspondent soit à des bifurcations soit à des points limites. Certaines règles de dimensionnement proposent, pour un chargement de flexion, des formulations tenant compte d'un " effet stbilisateur " de la pression interne. En se basant sur l'analyse des coques " parfaites ", nous déterminons si oui ou non cet " effet stabilisant " existe et si il peut être considéré dans notre cas. Des propositions sont faites quant aux choix des variables adimensionnelles à utiliser pour faciliter les similitudes (matériau, géométrie, chargement). Dans la dernière partie, nous nous attardons plus particulièrement sur l'influence de divers facteurs : imperfections géométriques, caractéristiques matériau. . . Qu'il est nécessaire de considérer dans un objectif de dimensionnement. Nous terminons cette étude par une analyse comparative des charges critiques : charges expérimentales, simulations numériques, charges estimées par des normes (EUROCODE3, NASA-SP-8007). Finalement, des recommandation quant au dimensionnement de la structure analysée sont proposées.

The aim of this study is to give some design's recommendations of thin cylindrical shell subjected to bending and internal pressure. We attempt to precise the global and local structure's behaviors with two complementary approaches: experimental and numerical investigations. Two main objectives form the basic outline of our thesis: What are the combination and the intensity of basic efforts to generate collapse's structure? What's the critical behavior associated to? 0 How, and , to what extent, can we extrapolate experimental results , which are obtain from scales models, to give design's recommendations of the real structures. The validity of the classical compressive stress σcL is checking in case of pure bending by linear analysis. Then, we are interested in combined loading: internal pressure, bending, and shear loading. The global bending load being applied by a lever arm, we determine if this coupling bending/shear can modify the collapse of the pressurized cylindrical shell. We show that it's impossible to use one and only one criterion to identify the "acceptable" loads. Indeed, we determine two zones of internal pressure with a post-critical investigation; two zones where the collapse is attempt first by a bifurcation and then by a limit point. Some design's rules suggest for bending the use of a "stabilizing effect" create by the internal pressure. We analyze the behavior of a perfect shell and determine if this "stabilizing effect" is existing and if it could be use or considerate in our case of structure and loading. Some propositions are done about the choice and the use of dimensionless variables in order to make easier the similarity (material, geometry and loads). The last part is centering on many factors, which are capable to influence the behavior and so the critical load. We must considered geometry imperfections, material laws. . . In a design objective. We ended this study by a comparison of different critical loads: experimental, numerical and design codes (EUROCODE3, NASA-SP-8007). Finally, recommendations about the design of our structure are proposed.