Cyclic plasticity and ratchting : improvement of prediction of steel pipe ovality during cyclic reeling-straightening by modelling yield surface distortion

• Auteur / Autrice : Mehdi Chouman
• Direction : Halim Haddadi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tubes -- Cintrage

Élasticité

Écrouissage

Plasticité

Résumé

L'installation en continu d'un pipeline en «offshore» nécessite son transport sous forme de bobines. Les cycles d'enroulement-déroulement de ces tubes en acier induit une accumulation de l'ovalisation résiduelle qui diminue leur résistance au flambement. Cette accumulation étant un phénomène de rochet, deux pistes ont été explorées afin d'améliorer sa prédiction : la loi d'écrouissage cinématique et le critère de plasticité. La capacité à prédire l'ovalisation a été évaluée pour plusieurs modèles d'écrouissage couplés au critère de von Mises. Ces modèles surestiment largement l'ovalisation des tubes. L'influence du critère de plasticité a été évaluée en utilisant le critère non quadratique de Bron et Besson. L'implémentation de ce modèle dans le code éléments finis Abaqus a permis de montrer une grande influence de la surface de charge sur l'ovalisation. Ce critère améliore la prédiction de l'ovalisation mais insuffisamment. Ceci étant dû principalement à la forme invariante de la surface de charge. Pour cela, on a proposé un modèle élastoplastique phénoménologique décrivant une distorsion de la surface de charge en se basant sur le critère de Bron et Besson : la distorsion est modélisée en variant le paramètre le plus influent sur l'ovalisation suivant des lois d'évolution en fonction du trajet de déformation. L'identification des paramètres du modèle pour les aciers X60 et St52 montre sa grande capacité à prédire l'évolution de l'ovalisation du tube, ainsi que la déformation mesurées lors d'un essai de cintrage cyclique.

The reel-lay installation process of offshore pipelines requires their transport in the form of reels. The cyclic reeling-straightening of these pipes induces an accumulation of ovalisation which decreases their resistance to collapse. This accumulation being a phenomenon of ratcheting, two possibilities were explored to improve its prediction: the law of kinematic hardening and the yield criterion. The capacity to predict the ovalisation was evaluated for several models of kinematic hardening coupled with the von Mises yield criterion. These models largely overpredict the ovalisation of the tubes. The influence of the yield criterion was evaluated by using the non quadratic yield function of Bron and Besson which has a set of « shape parameters ». The implementation of this model in the code Abaqus had highlighted a larger influence of the yield surface on the ovalisation. The use of this criterion improves the prediction of the ovalisation but insufficiently. This is due mainly to the invariant shape of the yield surface. Thus, we have proposed a phenomenological elastoplastic model describing distortion of yield surface based on Bron and Besson criterion: the distortion is modelled by varying the most influential parameter on the ovality according evolution laws depending on the strain path. The identification of the parameters of this model for the X60 and St52 steels shows its great capacity to predict the evolution of the ovality of the tube, as well as the strain (ratcheting) measured during the cyclic reeling test.