Réseu Des Mécniciens et des Hutes Pressions Etude d un ssemlge fretté destiné à une presse hute pression de type CONAC 15 Novemre 11 - Mittelwihr Vincent Roger Vincent.Roger@grenole.cnrs.fr 1
Pln 1. Contexte et spécifiction 1.1 Thémtique scientifique 1. Schém de principe. Clculs nlytiques.1 Evlution de l pression de contct entre deux frettes. Evlutions de contrintes et des déplcements.3 Démrche.4 Résultt 3. Clculs éléments finis 3.1 Description du modèle 3. Résultts à l précontrinte 3.3 Résultts sous l effet de l presse 4. Conclusion
1. Contexte et spécifiction 1.1 Thémtique scientifique Ojectif : Etudier de nouveux étts de l mtière en soumettnt un échntillon à des niveux de pressions et de tempértures singulières Mise en œuvre : Cpsule porte-échntillon Plot en métl permettnt un chuffge résistif Four en grphite Cellule Frette 1 Frette Enclume Frette 3 3
1. Contexte et spécifiction 1.1 Thémtique scientifique Crctéristiques de l presse : Pression : 6 GP Huteur : à 3 m Mtériux : Enclume : Crure de tungstène CW CTS1 Re = 66 MP Frette 1 : 819 AW Re = 15 MP Frette : 819 B revenu à C Re = 14 MP Frette 3 : 819 B revenu à 5 C Re = 115 MP 4
1. Contexte et spécifiction 1. Principe Le frettge : C est l ssemlge de deux pièces grâce à un justement serré δ : Tux de frettge L ssemlge est précontrint, l compression initile v compenser en prtie l pression ppliquée 5
1. Contexte et spécifiction 1. Principe Mode opértoire : Etpe 1 : L frette est frettée vec l frette 3 Etpe : L frette 1 est frettée vec l ssemlge constitué des frettes et 3 Etpe 3 : L enclume est frettée vec l ssemlge constitué des frettes 1, et 3 Etpe 4 : L presse est ctivée et une pression est ppliquée sur l enclume. Zone de de recouvrement Enclume Frette 1Frette Frettes Frettes 331, et 3 6
. Clculs nlytiques Ojectif : Déterminer l étt de contrinte de l structure frettée à chque étpe du frettge insi que les déplcements rdiux!! Zone de recouvrement Frette Frette 3 7
8.1 Evlution de l pression de contct entre deux frettes 8. Clculs nlytiques Zone de recouvrement c Frette Frette 3 1 1 1 1 E c c E p : Ryon intérieur de l frette : Ryon extérieur de l frette près frettge c : Ryon extérieur de l frette 3 E 1 : Module de Young de l frette E : Module de Young de l frette 3 ν 1 : Coefficient de Poisson de l frette ν : Coefficient de Poisson de l frette 3 δ : Tux de frettge Formule issue de : S.P. Timoshenko, Résistnce des mtériux - Tome, Bords, p. 13-, 1968.
9. Evlution des contrintes rdiles, tngentielles et des déplcements rdiux 9. Clculs nlytiques P P i ) ( ) ( ) ( r p p p p r i i r ) ( ) ( ) ( r p p p p r i i t r p p E r p p E r u i i r 1 1 ) ( P i : Pression intérieure P : Pression extérieure σ r : Contrinte rdile σ t : Contrinte tngentielle u r : Déplcement rdil Formules issues de : S.P. Timoshenko, Résistnce des mtériux - Tome, Bords, p. 13-, 1968.
. Clculs nlytiques.3 Démrche Etpe 1 : Frettge de l frette vec l frette 3 δ =.1 mm Contrintes (MP) Frettge de l frette vec l frette 3 15 1 5 4-5 5 6 7 8 9 1 11-1 -15 - Contrinte rdile Contrinte tngentielle -5 Ryon (mm) Frettge de l frette vec l frette 3 Frette Frette 3 Déplcement (mm),6,4, δ 4 5 6 7 8 9 1 11 -, -,4 Contrinte tngentielle -,6 -,8 Ryon (mm) 1
. Clculs nlytiques.3 Démrche Etpe : Frettge de l frette 1 vec l ensemle fretté + 3 Déplcements (mm) Frettge de l frette 1 -,11 3 4 5 6 7 8 9 1 11 -,113 -,114 -,115 -,116 -,117 Contrinte tngentielle δ =.11 + u r -,118 -,119 Ryon (mm) Frettge de l frette 1 vec l frette + 3 Contrintes (MP) 3 1-1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 - -3-4 -5-6 -7 Ryon (mm) Contrinte rdile Contrinte tngentielle 11
. Clculs nlytiques.3 Démrche 15 1 Frettge de l frette vec l frette 3 Principe de superposition Contrintes (MP) Contrintes (MP) 5 4 5 6 7 8 9 1 11-5 -1-15 - -5 3 1 - -3-4 -5-6 -7 Ryon (mm) Contrinte rdile Contrinte tngentielle + = Frettge de l frette 1 vec l frette + 3-1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Ryon (mm) Contrinte rdile Contrinte tngentielle Contrintes (MP) Frettge de l frette 1 vec l frette et l frette 3 3 1-1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 - -3-4 -5-6 -7 Ryon (mm) Contrinte rdile Contrinte tngentielle 1
. Clculs nlytiques.3 Démrche Etpe 3 : Frettge de l enclume vec l ensemle fretté 1 + + 3 δ =.1 + u r Frettge de l'enclume vec l frette 1 + + 3 15 1 Contrintes (MP) 5 4 6 8 1 1 Contrinte rdile Contrinte tngentielle -5-1 Ryon (mm) 13
. Clculs nlytiques.3 Démrche Contrintes (MP) 3 1 15 1 Frettge de l frette 1 vec l frette et l frette 3-1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 - -3-4 -5-6 -7 Ryon (mm) Contrinte rdile Contrinte tngentielle + = Frettge de l'enclume vec l frette 1 + + 3 Contrintes (MP) 8 6 4-4 -6-8 -1 Principe de superposition Frettge de l'enclume vec les frettes 1, et 3-4 6 8 1 1 Ryon (mm) Contrinte rdile Contrinte tngentielle Contrintes (MP) 5 4 6 8 1 1-5 Contrinte rdile Contrinte tngentielle -1 Ryon (mm) 14
. Clculs nlytiques.4 Résultt Contrintes équivlentes de Von Mises 1 VonMises 1 * r t t r Contrintes de Von Mises (MP) 1 8 6 4 4 6 8 1 1 Ryon (mm) 15
3. Clculs éléments finis Ojectifs : Déterminer et vlider l étt de contrinte lors des frettges successifs Déterminer l étt de contrinte lors de l étpe 4 du mode opértoire : L presse est ctivée et une pression est ppliqué sur l enclume Enclume Pression induite pr l presse sur l enclume Frettes 1, et 3 16
3. Clculs éléments finis 4.1 Description du modèle Millge : Structure de révolution Modèle xisymétrique (3156 DDL) Enclume Frette 1 Frette Frette 3 Socle 17
3. Clculs éléments finis 4.1 Description du modèle Conditions ux limites : Conditions de contct vec pénétrtion initile et coefficient de frottement Conditions de contct «stndrd» Blocge de l trnsltion verticle 18
3. Clculs éléments finis 4.1 Description du modèle Chrgement : On pplique progressivement une pression jusqu à 8 GP sur les fces en junes 19
3. Clculs éléments finis 4. Résultts à l précontrinte Déplcement suivnt x : δ 1 δ δ 3
3. Clculs éléments finis 4. Résultts à l précontrinte Contrinte équivlente de Von Mises : Contrintes de Von Mises (MP) 1 1 8 6 4 4 6 8 1 1 Ryon (mm) 1
3. Clculs éléments finis 4. Résultts à l précontrinte Synthèse : Le modèle éléments finis est vlidé : les conditions ux limites ont très peu d influence sur les résultts l modélistion du contct vec une pénétrtion initile permet de représenter physiquement le frettge les résultts sont très proche des clculs nlytiques L limite élstique des frettes et de l enclume n est ps tteinte.
3. Clculs éléments finis 4.3 Résultts sous l effet de l presse Contrinte de Von Mises dns l enclume pour P = 6 GP : L limite élstique (66 MP) est tteinte!! 3
3. Clculs éléments finis 4.3 Résultts sous l effet de l presse Contrinte de Von Mises dns l enclume : 66 MP : Limite élstique de l enclume Effet de l précontrinte (frettge) 4
3. Clculs éléments finis 4.3 Résultts sous l effet de l presse Contrinte de Von Mises dns les frettes : L limite élstique de l enclume ser tteinte vnt celles des différentes frettes 5
4. Conclusion Très onne corréltion des clculs nlytiques et éléments finis Les clculs nlytiques vi le formulire permettent d itérer rpidement qunt ux choix des mtériux et des tux de frettges http://serswww.grenole.cnrs.fr/html/formulires.html Les clculs éléments finis sont nécessires pour déterminer l étt de contrinte dns l structure sous pression Une optimistion serit lors envisgele fin de déterminer les différents tux de frettge permettnt de minimiser l contrinte 6