Étude numérique et expérimentale des jonctions tubulaires soudées "des plateformes offshore" soumises à des sollicitations complexes : analyse par contrôle non destructif

Numerical and experimental study of welded tubular employed in offshore platforms subjected to combined loading : analysis by non destructive testing

• Auteur / Autrice : Mohamad Fathi Ghanameh
• Direction : Abderrahim Zeghloul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236 - Laboratoire de mécanique des structures navales (Brest2002-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fatigue

Tubes en acier

Structures offshore

Mots clés libres

Concentrations de contraintes

Structures offshore

Résumé

Les jonctions tubulaires soudées, utilisées dans l'industrie offshore, sont soumises en service à des contraintes résultant de chargements axiaux, de flexion dans le plan et de flexion hors plan. La répétition de ces chargements et leur combinaison va alors conduire à un endommagement par fatigue de ces structures. La localisation des points chauds, sites privilégiés pour l'amorçage de fissures de fatigue où se trouvent de fortes concentrations de contrainte, demeure une étape importante pour l'évaluation de leur durée de vie. La première partie de cette thèse fut donc consacrée à la détermination des distributions de contrainte au voisinage des lignes d'intersections des éléments tubulaires et à la localisation des zones de concentration de contraintes. Pour ce faire, une modélisation par éléments finis de douze types de jonctions soudées communément employées dans l'industrie offshore a été établie. Les chargements appliqués à ces jonctions furent des chargements simples mais également combinés de type traction/flexion rotative destinés à mieux reproduire les sollicitations rencontrées en service. Dans la seconde partie de ce travail, des essais de fatigue en flexion rotative ont été entrepris sur des jonctions soudées en T. Un essai sur une jonction instrumentée (jauges de déformation) soumise à ce chargement a tout d'abord permis de valider les prévisions numériques issues des modèles éléments finis précédents. Puis, en nous appuyant sur les recommandations de l'Institut International de la Soudure, des comparaisons entre durées de vie calculées et mesurées ont pu être établies

In building offshore platforms, tubular members are used because of their good structural and mechanical properties. Tubular members are connected to one another by special welded joints, which represent structural discontinuities causing significant stress concentrations in the vicinity of the weld. For some joints, the stress concentration can produce a maximum stress at the intersection as high as thirty times the nominal stress acting in the members. Under repead loading, fatigue failures always initiate at the areas, which referred to as "hot-spot" where there are high-level stress concentrations, which called "hot spot stress (HSS)". For this reason, accurate computation of stress concentration is very important in tubular joints design. The first part of this study was devoted to the determination of the stress distributions in the cicinity of joint intersection and to the localization of the zones of stress concentration. With this intention, a modeling by finite elements of twelve types of welded joints commoly employed in offshore industry was established. The loading undergone in service leads to platform displacements in all directions, which takes change of wind direction into account, for this reason combined loading was investigated in addition to the three simple loading types (axial(AX), In Plane Bending(IPB) and Out of Plane Bending (OPB). This combined loading is composed of an axial loading (tension or compression) combined with a continuation of combined bending (rotational bending loading). In second part of this work, the fatigue behaviour of T-joint subjected to a rotational bending loading was investigated. Prior to fatigue testing, tow specimens were instrumented with strain gauges to allow for the measurment of hot spot stress in both the brace and the chord, and results obtained were compared with a detailed numerical study of T-joint to validate the numerical modelling results