Efet de la predeformation sur les caracteristiques de traction

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D´eformation du tube

Sous l’eﬀet de la pression du gaz sur les parois du tube ouvert, celui-ci se d´eforme. La section du tube passe d’une g´eom´etrie en ”O” a` une forme en ”U” et puis reste inchang´ee. Cette ouverture du tube n’est pas a` n´egliger car elle participe au chargement de la pointe de fissure. Ce ph´enom`ene explique les diﬀ´erences entre les essais r´ealis´es avec des tubes a` l’air libre et des tubes enterr´es. Ce dernier cas limite la d´eformation de la coque, et favorise ainsi l’arrˆet de la fissure.

Comportement en pointe de fissure

Notre travail s’int´eresse a` ce troisi`eme point qui intervient lors de l’´eclatement d’un gazoduc: le comportement de la fissure en cours de propagation de l’acier X100, sous un chargement donn´e, et plus particuli`erement dans le domaine ductile. Ce mode de rupture est le plus important pour la tenue en service d’un pipeline.

Pr´evision de l’´eclatement d’un gazoduc

Essais d’´eclatement de tubes et corr´elations

Pour garantir l’arrˆet rapide d’une fissure dans le domaine ductile, les normes sp´ecifient des niveaux minimum de r´esilience, d´efinis par des corr´elations empiriques entre des essais d’´eclatement de tubes et des essais Charpy. Le tube test´e est rempli de m´ethane ou d’air sous pression. Il peut ˆetre enterr´e ou non. Il est ferm´e aux deux bouts et sa longueur est suﬃsamment grande pour que les r´eflexions d’onde n’aﬀectent pas la propagation de la fissure sur le bref instant o`u on l’´etudie. Une entaille longitudinale est cr´e´ee au centre, sur le haut du tube, a` l’oppos´e du joint soud´e longitudinal, et elle est maintenue ferm´ee par un fusible. Apr`es la mise en pression du tube, on fait exploser le fusible ce qui provoque l’´eclatement du tube. La propagation d’une fissure dans un tube suit normalement trois stades: une phase d’amor¸cage Au d´ebut des ann´ees 70, une grande campagne d’essais d’´eclatement de tubes a ´et´e organis´ee par l’A.G.A. (American Gas Association). Les essais ont ´et´e r´ealis´es au Battelle Memorial Institute (B.M.I.) [Maxey, 1981] et par l’American Iron and Steel Institute (A.I.S.I.). Ils ont abouti a` l’´etablissement de relations donnant le niveau de r´esilience minimum admissible en fonction des caract´eristiques de la structure (diam`etre, ´epaisseur), celles de l’acier (limite d’´elasticit´e, r´esilience), et des conditions op´eratoires (pression de service, nature du fluide, enfouissement ´eventuel de la ligne). Plus tard, les laboratoires europ´eens de British Gas Corporation (B.G.C.) [Fearnehough and Jones, 1981], de Centro Sviluppo Materiali (C.S.M.) [Bonomo et al., 1981], de Mannesmann [Vogt and Weidenhoﬀ, 1984] ainsi que les laboratoires japonais [Kurita et al., 1981] [Sugie et al., 1982] ont ´egalement r´ealis´e de tels essais et ´etabli leurs propres corr´elations. Le tableau I.3 donne quelques-unes de ces corr´elations bas´ees sur plus de 200 essais eﬀectu´es depuis 30 ans. Le domaine de validit´e approch´e de ces corr´elations est report´e dans le tableau I.4. Corr´elation du B.M.I. Cette corr´elation est bas´ee sur la comparaison des relations entre la force motrice et la vitesse de fissure ductile du tube et entre le niveau de pression de la d´ecompression et la vitesse de l’onde de pression de fluide. La d´ecompression du fluide peut ˆetre ´etudi´ee ind´ependamment de la rupture. Par contre, la rupture du pipe doit ˆetre ´etudi´ee simultan´ement avec la d´ecompression.

Table des matières

I Introduction generale
I.1 Contexte industriel
I.2 Eclatement de gazoducs
I.2.1 Decompression du gaz
I.2.2 Deformation du tube
I.2.3 Comportement en pointe de ssure
I.3 Prevision de l’eclatement d’un gazoduc
I.3.1 Essais d’eclatement de tubes et correlations
I.3.2 Modeles d’eclatement de tubes
I.4 Fabrication de tubes soudes longitudinalement
I.5 Eet de la pre-deformation
I.6 Objectifs de l’etude
II Materiaux de l’etude
II.1 Presentation des materiaux
II.1.1 Composition chimique
II.1.2 Microstructure
II.1.3 Structure des toles suivant l’epaisseur
II.1.4 Caracteristiques mecaniques de base
II.2 Etude des inclusions
II.2.1 Nature des inclusions
II.2.2 Analyse inclusionnaire
II.3 Conclusions
III Etude experimentale des aciers P1 et Tu
III.1 Etude experimentale du comportement
III.1.1 Essais de traction
III.1.2 Essais de fatigue oligo-cyclique
III.1.3 Essais de deformation plane
III.2 Etude experimentale de la rupture
III.2.1 Essais de traction sur eprouvettes entaillees
III.2.2 Essais sur eprouvettes ssurees
III.2.3 Essais de resilience
III.3 Etude des mecanismes de rupture
III.3.1 Procedure experimentale
III.3.2 Resultats
III.4 Conclusions
IV Eet de la pre-deformation
IV.1 Approche experimentale
IV.1.1 Materiau de base.
IV.1.2 Pre-deformation
IV.2 Eet de la pre-deformation sur les caracteristiques de traction
IV.3 Eet de la pre-deformation sur les proprietes mecaniques a rupture
IV.4 Conclusion
V Modeles de comportement et d’endommagement de l’acier P1
V.1 Modelisation du comportement
V.1.1 Comportement elastoplastique
V.1.2 Anisotropie de comportement
V.1.3 Eet de vitesse
V.1.4 Validation sur eprouvettes de deformation plane
V.1.5 Conclusions
V.2 Modelisation de l’endommagement ductile
V.2.1 Modele d’endommagement utilise
V.2.2 Etude parametrique
V.2.3 Prise en compte de la germination
V.2.4 Identication du modele d’endommagement
V.2.5 Resultats
V.2.6 Conclusions
V.3 Simulation de la localisation en deformation plane
V.4 En resume
VI Dechirure Ductile Dynamique : Experience et Modelisation
VI.1 Dispositif experimental
VI.1.1 Presentation de la machine d’essai
VI.1.2 Eprouvette de dechirure ductile dynamique
VI.1.3 Deroulement de l’essai D3
VI.1.4 Instrumentation de l’essai
VI.2 Resistance a la propagation de ssure
VI.3 Resultats
VI.3.1 Analyse mecanique d’essais particuliers
VI.3.2 Ensemble des essais realises
VI.3.3 Ensemble des resultats disponibles
VI.3.4 Modes de rupture
VI.3.5 Conclusions
VI.4 Simulation de la rupture des eprouvettes D3
VI.4.1 Maillages et modele utilises
VI.4.2 Resultats
VI.5 En resume
VII Conclusions et Perspectives
AA–II Etude experimentale to^le-tube (complement)
A-I.1 Prelevement des eprouvettes des aciers P1 et Tu
A-I.2 Resultats experimentaux des aciers P1 et Tu
A-II Eet de pre-deformation (complement)
A-II.1 Prelevement des eprouvettes de l’acier P2
A-II.2 Resultats experimentaux
A–III Essais de Dechirure Ductile Dynamique
A-III.1 Eprouvettes en acier X70
A-III.2 Eprouvettes en acier P1
A-III.3 Eprouvettes en acier P2