Elastic interaction in bolted flange joints during hot bolting and disassembly

Résumé

Les assemblages à brides boulonnées sont des composants structurels essentiels utilisés dans un large éventail d'applications industrielles, notamment dans les installations pétrochimiques, les pipelines de pétrole et de gaz, ainsi que les centrales électriques. Malgré leur apparente simplicité, le comportement mécanique de ces assemblages sous des conditions de charge et de service complexes demeure une préoccupation majeure tant dans la phase de conception que dans l'entretien après la mise en service. Une procédure particulièrement délicate lorsque le système reste sous pression est le démontage ou le remplacement de boulons, communément appelé "hot bolting". Bien que souvent considéré comme une opération de routine, un desserrage mal exécuté peut entraîner des conséquences catastrophiques, telles que la perte de compression du joint, la séparation de la bride, la surtension des boulons, voire la défaillance du système. Cette thèse présente une étude approfondie de l'interaction élastique des assemblages à brides boulonnées lors du processus de desserrage. L'accent est mis sur la compréhension de l'effet du retrait d’un ou plusieurs boulons sur la redistribution des contraintes dans les boulons restants, la déformation du joint d’étanchéité et la pression de contact exercée sur ce dernier. Une approche par modélisation par éléments finis (MEF) est adoptée pour simuler la réponse mécanique de brides à col soudé de classe 900 selon la norme ASME B16.5, équipées de joints spiralés métalloplastiques, sous précontrainte des boulons. Les simulations MEF, réalisées avec ANSYS, examinent des paramètres clés tels que l’évolution des contraintes dans les boulons, les déplacements verticaux et les contraintes de contact sur le joint pour différentes séquences de retrait des boulons. Les résultats expérimentaux sont validés par des modèles analytiques et numériques afin de garantir la fiabilité des prédictions. En caractérisant le comportement d'interaction durant le desserrage des boulons, cette étude fournit des éléments critiques sur les seuils à partir desquels l'intégrité de l'assemblage et l'étanchéité peuvent être compromises. Elle explore également les conditions dans lesquelles les procédures de "hot bolting" peuvent être exécutées en toute sécurité, sans recourir à des dispositifs de serrage supplémentaires, à condition que la redistribution élastique des contraintes soit bien comprise et maintenue dans des marges de sécurité acceptables. Les conclusions de ce travail contribuent à l’amélioration des recommandations de conception, des protocoles de sécurité, et des stratégies de maintenance pour les assemblages à brides dans des environnements à haut risque.

Date	16 nov. 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Hakim A. Bouzid (Directeur(-trice))