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Effet des contraintes résiduelles sur les paramètres modaux dans les structures soudées

Charette, Olivier (2011). Effet des contraintes résiduelles sur les paramètres modaux dans les structures soudées. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les méthodes de fabrication et de formage induisent des contraintes résiduelles dans les pièces mécaniques. Un procédé tel que le soudage génère une distribution de contraintes résiduelles au voisinage du cordon de soudure. La présence de ces contraintes résiduelles peut avoir un sérieux impact sur le comportement mécanique d’une pièce. Afin d’atténuer cet inconvénient, l’emploi de traitement de relaxation thermique ou vibratoire peut être requis pour éliminer celles-ci. Or, suite à ces traitements, il demeure difficile de connaître le niveau de contraintes résiduelles contenu dans une pièce car la mesure de celui-ci est complexe. En pratique, il existe plusieurs méthodes et techniques afin de mesurer les contraintes résiduelles découlant du soudage. Cependant, celles-ci sont bien souvent difficiles à mettre en oeuvre et peuvent s’avérer imprécises. Or, des études précédentes ont montré que la distribution des contraintes résiduelles dans une pièce suite au soudage peut modifier sa réponse vibratoire. Il serait donc possible d’envisager d’utiliser l’analyse modale comme méthode alternative afin de prédire l’état de contraintes résiduelles présent dans une pièce. En combinant l’analyse modale expérimentale et une méthode numérique telle que la méthode des éléments finis, il est possible d’établir une relation entre l’état de contraintes résiduelles dans une pièce et la modification de ses paramètres modaux. Des analyses modales ont été effectuées expérimentalement sur des plaques minces soudées afin d’observer l’influence des contraintes résiduelles sur les paramètres modaux de celles-ci. D’importantes variations des fréquences naturelles ont été observées en présence de contraintes résiduelles. Par la suite, un traitement de relaxation a permis de constater que les fréquences naturelles retrouvaient leurs valeurs originales. Une analyse thermo-mécanique par éléments finis a permis de déterminer les contraintes résiduelles présentes dans la plaque suite au soudage. Ensuite, des analyses modales ont permis de faire le suivi des paramètres modaux de la plaque pour chaque étape de la modélisation. Les résultats numériques sont comparés à ceux des essais expérimentaux.

Titre traduit

Effect of residual stress on modal parameters in welded structures

Résumé traduit

Manufacturing and forming processes induce residual stress in mechanical pieces. Welding process generate a high residual stress concentration at the weld seam vicinity. This residual stress can have a serious impact on the piece mechanical behavior. In order to reduce residual stress level, thermal or vibratory relaxation treatments can be required. But, even after a relaxation treatment, some residual stress may remain in the piece. The evaluation of the residual stress among remaining can hardily be achieved because of the measurement techniques complexity. In practice, many methods and techniques can be used to evaluate the welding residual stress. However, most of the time, those techniques can not always be performed and can lead to imprecisions. Previous studies have shown that vibratory response could be affected by the welding residual stress. Following those observations, modal analysis appears has an alternative method to evaluate the residual stress among contained in a piece. Combining experimental modal analysis with numerical calculation using the finite element method, it is possible to establish a relation between a residual stress state and modal parameter modifications. Experimental modal analyses have been performed on thin plates in order to measure residual stress effects on modal parameters. Natural frequencies variations caused by residual stress have been observed according a wide frequency range. Relaxation treatment permitted to recover the original natural frequencies values for almost all modes. Thermo-mechanical finite element analysis is used to calculate the welding residual stress. Modal analysis performed following each solution steps during the welding and the relaxation treatment enable to track the effect of residual stress on modal parameter. Numerical results are compared to experiment measurements.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr. : f. [245]-249.
Mots-clés libres: Contraintes résiduelles. Construction métallique. Soudage. Simulation par ordinateur. Méthode des éléments finis. Modal, Paramètre, Plaque, Numérique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Thomas, Marc
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Champliaud, Henri
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 06 avr. 2011 15:27
Dernière modification: 16 févr. 2017 22:52
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/675

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