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Modélisation du phénomène de fluage-relaxation dans les assemblages à brides boulonnées munis de joint d'étanchéité

Nechache, Akli (2007). Modélisation du phénomène de fluage-relaxation dans les assemblages à brides boulonnées munis de joint d'étanchéité. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les différents travaux de recherche menés dans le cadre de la présente thèse, ont comme premier objectif de développer un modèle analytique pouvant prédire la relaxation de la charge des boulons en fonction du temps due au fluage des boulons, du joint d'étanchéité, de l'anneau de la bride, du cylindre, de la collerette et du couvercle plat. Dans ce modèle, des solutions analytiques pour les déplacements radiaux et axiaux et les rotations dues au fluage de ces différents éléments ont été déterminées selon leurs théories correspondantes. Par la suite, ces déflexions obtenues par le calcul analytique sont utilisées dans l'analyse d'interaction mécanique pour déterminer la relaxation de la charge des boulons et celle du joint d'étanchéité en fonction du temps. Le deuxième objectif est d'élaborer un modèle analytique pour un calcul précis, du nombre de rondelle "Belleville" ou des dimensions des manchons à installer avec les boulons. En rendant l'assemblage plus flexible à l'aide de ces méthodes, le modèle permet de vérifier si la relaxation de la charge dans les boulons due à l'effet du fluage est dans la proportion désirée. Des exemples de calcul sur différents cas d'assemblages de brides symétriques et de brides avec couvercles plats sont présentés pour illustrer la méthode analytique proposée. Les profils de la variation de la charge dans la boulonnerie et du joint d'étanchéité en fonction du temps sont analytiquement en bon accord avec les éléments finis.

Titre traduit

Creep analysis of bolted flanged joints

Résumé anglais

Bolted joints are the most widespread systems of connections between the different elements of the pressure vessels. These systems can leak and particularly when they are subjected to high temperatures. The existing flange design methods do not address thermal effects other than the variation of flange material mechanical properties with temperature. However, the creep effect of the structural elements and the gasket is ignored in the bolt load calculation. Therefore, it is recommended to include in the flange design methods, the creep effect of the different elements of the bolted joints to predict the bolt load relaxation.

This research work has as a prime objective the development of an analytical model able to predict the bolt load relaxation over time due to the creep of the bolts, the gasket, the flange ring, the cylinder, the hub and the blind cover. In this model, the analytical solutions for radial and axial displacements and rotations due to creep of these different elements are established according to their corresponding theories. Thereafter, the deflections obtained by analytical calculation are used in the mechanical interaction analysis to determine the bolt and the gasket load relaxation over time. The second objective is to elaborate an accurate analytical model to calculate the exact number of the "Belleville" spring washers to be used with the bolts or of the required dimensions of the tube spacers necessary for the long bolts. To make the joint more flexible, the analytical model is used to verify the suitability of the bolt load relaxation reduction due to the creep effect. The comparisons of the analytical results and those obtained by finite elements were made to validate the analytical model.

Calculation examples on different cases of symmetrical flanged joints and flanges with blind covers are presented to illustrate the suggested analytical method. The curves of the bolts load relaxation over time are in good agreement with those of finite elements. This gives a high confidence on the developed method.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliogr. : f. [207]-214.
Mots-clés libres: Anneau, Assemblage, Belleville, Boulon, Boulonne, Bride, Calcul, Charge, Collerette, Couvercle, Cylindre, Etancheite, Fluage, Fluage-Relaxation, Joint, Manchon, Modele, Modelisation, Phenomene, Plat, Relaxation, Rondelle
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bouzid, Abdel Hakim
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 12 avr. 2011 15:03
Dernière modification: 01 déc. 2016 01:10
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/595

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