Analyse multi-étape d un assemblage tuyau-collier de fixation

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1 Analyse multi-étape d un assemblage tuyau-collier de fixation Rapport de André HECTOR, Nasar NABEEBACCUS & Olivia ULRIC Mercredi 20 Janvier 2016

2 Table des matières I. Introduction... 3 II. Géométrie... 3 III. Matériaux... 4 IV. Maillage... 4 V. Contacts... 5 VI. Conditions aux limites... 5 VII. Conditions initiales et chargements... 6 VIII. Résultats... 7 IX. Conclusion... 8 Page 2

3 I. Introduction Ce TP a pour but de réaliser une analyse multi-étape afin de simuler le comportement d un collier de fixation autour d un tuyau. Cette simulation nous permettra de voir si le système ne plastifie pas et surtout ne rompt pas. Pour cela, nous utiliserons le logiciel de simulation ANSYS 15.0 Workbench et Mechanical. Et au vue des flux thermiques constants subits par le carter, nous procéderons à une analyse statique linéaire multi-étape. II. Géométrie La géométrie du système est importée à partir du fichier nommé «Pipe_Clamp.wbpz» et le système métrique utilisé est (kg, mm, s, C, ma, N, mv). Cette géométrie est montrée en Figure 1. Figure 1 : Géométrie du carter Page 3

4 III. Matériaux Nous étudions de l acier dont les propriétés sont explicitées dans le Tableau 1 ci-dessous. Propriétés Valeur E (GPa) 204 ρ (g.cm -3 ) 7,800 ν (sans dimension) 0,33 Tableau 1 : Propriétés de l acier étudié IV. Maillage Un maillage automatique est choisi. Le boulon est une zone que nous souhaitons particulièrement observé, car sa précontrainte crée une zone de concentration de contraintes. C est donc à son voisinage que la contrainte risque d être maximale. Dans cette optique, nous avons imposé la taille des éléments à 3 mm pour le boulon. Le maillage automatique est tétraédrique, il n est pas optimal. Il permet néanmoins d avoir une vision globale de ce qui se passe dans le système en minimisant le temps de calcul. Dans un souci d amélioration des résultats, car un hexagone produira plus de nœuds qu un tétraèdre, nous avons choisi d imposer un maillage multizone hexaédrique pour le tuyau. Le maillage final comporte donc nœuds et éléments. Il est représenté en Figure 2. Figure 2 : Maillage du carter Page 4

5 V. Contacts Dans un premier temps, les contacts sont définis sous Design Modeler. Nous définissons des contacts liés et des contacts sans séparation : Collier de serrage/bas du boulon : contact lié totalement Collier de serrage/tête du boulon : contact sans séparation Collier de serrage/pas de la vis : contact sans séparation Collier de serrage/tuyau : contact lié totalement Les contacts sans séparation permettent le mouvement des pièces les unes par rapport aux autres sans frottement. Pour être le plus fidèle au comportement réel, il aurait fallu d une part introduire des contacts avec frottements entre les différentes pièces et d autre part permettre le déplacement du tuyau par rapport au collier. Les surfaces devraient pouvoir se séparer. Cependant, nous gardons un cas simple afin de rester dans les conditions d une analyse statique linéaire. VI. Conditions aux limites Ensuite, nous imposons une condition aux limites : la condition de support fixe au niveau de la face interne du trou du collier servant à fixer à un support comme illustré dans le schéma cidessous. Figure 3 : Conditions aux limites du modèle Page 5

6 VII. Conditions initiales et chargements L essai se fait à température ambiante fixe, soit à 22 C. Trois chargements sont appliqués au système : 1) D abord, le boulon est précontraint avec une force P boulon = 1 N 2) Ensuite vient un chargement de service qui est modélisé par une pression radiale P = 0,1MPa 3) Enfin, une force axiale est imposée : F = 10 N Ces 3 chargements sont représentés sur la Figure 3 ci-dessous. Précontrainte du boulon Pression Force axiale Figure 4 : Chargement du carter Il s agit d une étude multi-étape décomposée selon les étapes suivantes : Etape P boulon (N) P (MPa) F (N) , ,1 10 Tableau 2 : Etapes de l analyse Nous remarquons qu au fur et à mesure de l essai, le système est soumis à de plus en plus de chargements. Page 6

7 VIII. Résultats Nous résolvons le modèle et demandons en sortie les déformations et les contraintes équivalentes de Von Mises. Nous obtenons les visuels suivants : Déformation Etape 1 Déformation Etape 2 Déformation Etape 3 Figure 5 : Déformations obtenues étape par étape Etape 1 Etape 2 Etape 3 Figure 6 : équivalente de Von Mises obtenues étape par étape Etape 1 Etape 2 Etape 3 Figure 7 : équivalente de Von Mises obtenues étape par étape, vue de coupe Page 7

8 Les données récoltées sont regroupées dans le tableau ci-dessous : Etape ε max max (MPa) Partie où contrainte max atteinte ,9x10-7 0,0528 boulon 2 7,3x10-6 1,42 Intérieur tuyau côté boulon 3 7,4x10-6 1,43 Intérieur tuyau côté boulon Tableau 3 : Résultats obtenus étape par étape IX. Conclusion Suite à notre analyse et les résultats que nous en tirons, nous en déduisons plusieurs conclusions. D abord la précontrainte du boulon de 1 N semble faible, mais nous remarquons que cette prétension est efficace, car comme l illustre la figure 8 ci-dessous, la pièce est en compression au niveau du boulon. Le boulon rempli donc bien son rôle et tient l ensemble du système uni. Figure 8 : s au niveau du boulon Ensuite, suite à l analyse du déplacement de la pièce, nous savons que le système ne subi quasiment aucun déplacement (de l ordre du micron). Enfin, la visualisation des contraintes de Von Mises, nous permet de dire que la pièce ne se plastifie pas. En effet, la contrainte maximale subie par le système est de 1,4 MPa, ce qui est bien en dessous de la valeur de la limite élastique de notre acier qui est σ e = 250 MPa. Page 8

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