Optimisation fiabiliste de la maintenance d un assemblage vissé de TGV, en tenant compte de la fatigue, de la corrosion et du facteur humain

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1 Optimisation fiabiliste de la maintenance d un assemblage vissé de TGV, en tenant compte de la fatigue, de la corrosion et du facteur humain Professeur à l Institut Pascal, Polytech Clermont-Ferrand (10 avril 2015) 1

2 Gare Montparnasse, 22/10/1895 Photo Viollet Sommaire Objectifs de l étude Modèle mécanique dégradé Simulation de la durée de vie Critères d acceptabilité Optimisation de la maintenance (10 avril 2015) 2

3 Assemblage étudié Support Plaque Amortisseur Vis (10 avril 2015) 3 Rotule

4 Conditions climatiques (10 avril 2015) 4

5 Objectifs de l étude Evaluation de la fiabilité d un équipement et confrontation au retour d expérience. Identification des paramètres influents. Evaluation des marges disponibles en vue de l optimisation de la maintenance. (10 avril 2015) 5

6 Incertitudes Vis de fixation de l'amortisseur caisse caisse bas d'un Train à Grande Vitesse Incertitudes : Propriétés des matériaux Chargement Environnement Défauts géométriques Conditions de montage Modes de défaillance : Endommagement par Fatigue (10 avril 2015) 6

7 Force dans l amortisseur 0,12 0,1 valeurs mesurées : type de parcours pour 400km matériel TGV valeurs en N (0,15% et 99,85%) valeur maximale valeur de fatigue répartition LGV 40% +/ / / LC 55% +/ / / ES gare 5% +/ / / ,08 0,06 0,04 0, (10 avril 2015) 7

8 26 mm Variabilités du système F e a = 65 mm D ext =30 mm D e =25,3 mm Rondelle D int=19 mm D ext =30 mm e 1 =3 mm l 1 =20 mm d=18mm 19mm 17 l 0 =11 mm 9 15 mm 17 mm e 1 =3 mm e 2 =26 mm e 3 =2 mm l a =34 mm 32 mm (10 avril 2015) 8

9 Modèle mécanique Modèle VDI 2230 n p* F b n p** m F e Modèle de poutre A s F b B m 65mm C F e G z G z F C Modèle éléments finis Facteur de charge 2,50 Lambda F lambda M Equation F Equation M 2,00 1,50 1,00 Lambda F ou M 0, ,00 0 Prétension (kn) (10 avril 2015) 9

10 Cycle de vie de la fixation 0 t 1 t 2 t 3 t 4 Exploitation Exploitation Exploitation Exploitation Dégradation Dégradation Dégradation Dégradation Mise en service Exploitation Maintenance Matériau/surface : - Résistance insuffisante - Rugosité trop importante Fabrication : - Bavure - Non parallélisme - Fissure initiale - Filetage irrégulier - Décentrage de la rotule Relaxation Fluage Situations extrêmes : - Plastification de la vis - Séparation totale des pièces - Propagation de fissure Dégradation : - Cumul du dommage - Cycles thermiques - Corrosion de la vis - Dévissage Matériau/surface : - Résistance insuffisante - Rugosité trop importante Fabrication : - Bavure - Non parallélisme - Fissure initiale - Filtage irrégulier - Décentrage Montage : - Sous-serrage/Sur-serrage - Oubli de vis - Oubli d'une pièce - Erreur de vis (longueur/revêtement) - Mauvais nettoyage (impureté/graissage) Corrosion du filetage du support Montage : - Sous-serrage/Sur-serrage - Oubli de vis - Oubli d'une pièce - Erreur de vis (longueur/revêtement) - Mauvais nettoyage (impureté/graissage) (10 avril 2015) 10

11 Facteur humain / Maintenance Le lot de vis est défini par les distributions du matériau, de la géométrie et des défauts La population de pièces est définie par les distributions des coefficients de frottement et des défauts géométriques L'opérateur prend une vis (trop longue, trop courte, revêtement,...) Il prépare les pièces à assembler (oubli, nettoyage, corrosion...) Il utilise la visseuse d'approche (sur-serrage, blocage,...) Il prend la clé (réglage,...) Il visse à la clé pour obtenir la prétension Fo (sous-serrage,...) Relaxation de Fo due au tassement (10 avril 2015) 11

12 Probabilité de défaillance f R (r,t 0 ) f R (r,t 1 ) f R (r,t 2 ) f R (r,t 3 ) S(t) Evolution des Valeurs extrêmes (15kN) Temps T Charge extrême (N) kN - Moyenne 15kN - 5% 15kN - 95% ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Kilométrage (x1e6) (10 avril 2015) 12

13 Résistance à la corrosion (AEF) h 432h 306h (2 serrage) 432h (2 serrage) Modèle Couple résistant ,8 1,3 1,8 2,3 2,8 3,3 3,8 (10 avril 2015) 13

14 Cycle de maintenance (10 avril 2015) 14

15 Coût total de maintenance 100% Coût de maintenance Niveau faible Niveau optimal Coût total de maintenance Coût de la maintenance planifiée Niveau optimal de planification Maintenance d urgence Niveau de maintenance Perte de sur-maintenance Niveau élevé (10 avril 2015) 15

16 Contrôles et remplacements Contrôle visuel : détection de l'oubli d'une pièce (rondelle, support de butée ou vis). détection d'une vis desserrée (desserrage important). détection potentielle de la corrosion. Contrôle au couple : détection du desserrage de la vis. élimination du risque de mauvais réglage de la clé et de l'oubli de serrage. Remplacement : Mise à zéro de la durée de vie en fatigue. Introduction des risques d erreur de pièces et de montage. (10 avril 2015) 16

17 Effet des inspections Contrôles visuels et au couple, éliminant les risques suivants : oubli de vis, sous-serrage ou desserrage, Réduction de l impact négatif mauvais revêtement de la vis, des interventions mauvais nettoyage. Sans inspection : remplacement optimal à 3,4 Mkm 1,0 Expected total cost (C c =1000C p ) Avec inspections : augmentation de l intervalle de service de 18% 1,0 Espérance du coût total (C c =1000C p ) Relative cost 0,8 0,6 0,4 0,2 Cycle = 1 Cycle > 1 Coût / Coût à 10 6 km 0,8 0,6 0,4 0,2 Cycle = 1 Cycle > 1 0,0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Replacement interval (10 6 km) 0,0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Intervalle de remplacement (10 6 km) (10 avril 2015) 17

18 Conclusion Limites des méthodes déterministes de conception en fatigue basées sur la valeur moyenne. Insuffisance du modèle mécanique de dimensionnement. Absence de robustesse de l assemblage, malgré le surdimensionnement excessif. Confirmation du retour d expérience. (10 avril 2015) 18