Analyse des contraintes des assemblages boulonnées en composites et polymères

Bouzid, Sofiane (2022). Analyse des contraintes des assemblages boulonnées en composites et polymères. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Depuis déjà plusieurs années les brides métalliques se font remplacer de plus en plus par des brides fabriquées avec des matériaux en plastique renforcé de fibre (PRF) dans les secteurs publics et industriels. Cependant, les normes et standards sont relativement récents et sont basés sur ceux développés pour les métaux. Les composites sont des matériaux anisotropiques complexes qui ne fonctionnent pas selon les mêmes règles que les métaux. Présentement, le dimensionnement et le calcul des brides en PRF de la section X de l’ASME Boiler and Pressure Vessel Code sont basés sur ceux de la section XIII sans considération au comportement du matériaux FRP et sans vérification de l’intégrité structurelle adéquate.

Alors que la plupart des études se concentrent sur des brides et des classes NPS spécifiques, cette étude examine les différents paramètres de toutes les classes et tailles de brides suggérées de la section X du code ASME. Les brides en PRF ont une collerette cylindrique et sont utilisées avec un joint en feuille qui s’étale sur toute la surface plane de la bride. Une analyse de l’intégrité structurelle et de l’étanchéité de ces brides est menée en tenant compte de l’impact sur des régions de discontinuités, la rotation des brides, la flexibilité du joint et des boulons qui ne sont pas prises en compte par le code ASME.

L'étude a été menée sur des brides du tableau RD-620.1 de la section X de l'ASME, comprenant les diamètres nominaux NPS de 1 à 48 et les classes 25, 50, 75, 100, 125 et 150. L'analyse paramétrique met en évidence les brides critiques en plastique renforcé de fibre de verre (PRF) fabriquée sous forme de stratifiés de résines d'ester vinylique et de divers types de renforts en fibre de verre.

Cette étude démontre qu’il y a un souci avec les brides des classes inférieures présentées dans le code ASME BPVC Section X et particulièrement la classe 25 pour laquelle les rotations et les contraintes sont relativement plus élevées que les classes 50 à 150. Cette étude couvre une variété de cas différent de taille de bride et pression selon le code de la Section X et des analyses par éléments finis et expérimentaux aideraient grandement à la validité des résultats. Plusieurs facteurs pourraient solidifier l’étude tels que prendre en considération l’optimisation des fibres et la courbure des fibres entre la collerette et l’anneau.

Titre traduit

Stress analysis of composite and polymer bolted flange joints

Résumé traduit

For several years now, metal flanges have been increasingly replaced by flanges made of fiberreinforced plastic (FRP) materials in the public and industrial sectors. However, the norms and standards are relatively recent and are based on those developed for metals. Composites are complex anisotropic materials that do not function according to the same rules as metals. Currently, the design and calculation of FRP flanges in Section X of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code are based on those of Section XIII without consideration to the behavior of the FRP material and without verification of adequate structural integrity.

While most studies focus on specific flanges and NPS classes, this study examines the various parameters of all the suggested flange classes and sizes in Section X of the ASME code. FRP flanges have a cylindrical flange and are used with a foil gasket that spreads over the entire flat surface of the flange. An analysis of the structural integrity and tightness of these flanges is conducted considering the impact on regions of discontinuities, flange rotation, gasket flexibility and bolts that are not addressed by the ASME code.

The study was conducted on flanges from ASME Section X Table RD-620.1, including NPS nominal diameters of 1 through 48 and classes 25, 50, 75, 100, 125, and 150. The parametric analysis highlights critical fiberglass reinforced plastic (FRP) flanges manufactured as laminates of vinyl ester resins and various types of fiberglass reinforcements.

This study demonstrates that there is a concern with the lower-class flanges presented in the ASME BPVC Section X code and particularly class 25 for which the rotations and stresses are relatively higher than the class 50 to 150. This study covers a variety of different cases of flange size and pressure according to the Section X code and finite element and experimental analyses would greatly assist in the validity of the results. Several factors could solidify the study such as considering fiber optimization and fiber curvature between the flange and the ring.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par article présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 123-126).
Mots-clés libres:	matériaux orthotropes, réservoirs sous pression en PRF composite, ASME Section X
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Ngô, Anh Dung
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	30 janv. 2023 21:08
Dernière modification:	30 janv. 2023 21:08
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3141

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