Analysis of fiber reinforced plastic bolted flange joints

Résumé

Les composites en plastique renforcé de fibres (FRP) sont largement utilisés dans les domaines des appareils et tuyauterie sous pression. Les assemblages à brides boulonnées en FRP ont connu un développement spectaculaire dans le domaine du transport des fluides dans les systèmes de tuyauterie. Malgré l'utilisation accrue des composites de FRP dans les assemblages à brides boulonnées et la bonne connaissance de ces structures et du comportement de leurs matériaux, la procédure utilisée pour leur conception reste celle adoptée pour les brides métalliques. Cependant, les résultats sont souvent biaisés puisque celle-ci ne prend pas en considération le comportement anisotrope des brides en composites. Par conséquent, il est nécessaire de développer une approche réaliste pour procéder à une évaluation précise de la redistribution des charges dans l’assemblage afin de prédire l’intégrité des brides boulonnés en FRP. Cette thèse présente deux modèles analytiques de brides, un sans collerette et un avec collerette. Ces modèles sont supportés par des modèles numériques par éléments finis et des essais expérimentaux. L’étude traite l’intégrité structurelle et l’étanchéité des assemblages à brides boulonnés en FRP sur la base de l’anisotropie, ainsi qu’une analyse de la flexibilité de tous les éléments de joint, à savoir le joint, les boulons et les brides. Dans les modèles analytiques des brides avec et sans collerette, la bride en composites est subdivisée en trois parties principales, à savoir: l’anneau ou la plaque annulaire, la collerette et la coque cylindrique. L’étude expérimentale, laquelle repose une approche fiable pour évaluer le modèle analytique proposé, a été réalisée sur un banc d’essai (banc d’éclatement de joints HOBT). Le banc d’essai a été modifié pour accommoder les brides NPS 3 en FRP conçu conformément à la section X du code l’ASME. Des modèles numériques 3D avec des éléments à coque anisotrope et des éléments solides ont été réalisés pour comparer et vérifier les résultats obtenus par les approches analytiques et expérimentales. Malgré l'analyse mathématique rigoureuse et la complexité des brides composite stratifié, la comparaison des résultats a prouvé que les modèles analytiques proposés des brides en FRP avec et sans le moyeu sont efficaces, précis et fiables pour prédire la distribution des contraintes longitudinales et tangentielles dans la bride ainsi que le déplacement radial de la bride. De plus, les résultats ont montré que le modèle FE développé pour les brides en FRP avec et sans moyeu peut reproduire parfaitement le comportement des assemblages à brides boulonnés en FRP.

Date	22 juil. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Hakim A. Bouzid (Directeur(-trice)) & Anh Dung Ngô (Codirecteur(-trice))