FR2971598A1 - Procede de determination de la tenue mecanique d'un ouvrage. - Google Patents

Abstract

1. Procédé de détermination d'un paramètre de tenue mécanique (P) d'un ouvrage (1) comprenant une paroi (3), un endommagement de l'ouvrage ayant fait passer la paroi d'une forme initiale (4a) à une forme endommagée (4b), le procédé comprenant les étapes suivantes : a) réalisation de mesures pour caractériser géométriquement une surface externe (4c) de la forme endommagée ; b) modélisation d'un corps test (6) comprenant une surface (6a) sensiblement identique à la surface externe ; c) modélisation d'une paroi test (7) comprenant une partie (7a) de forme sensiblement identique à la forme initiale ; d) calcul d'une paroi test déformée (8) et d'un état de contrainte lié à la déformation, la déformation (8a) de la paroi test étant causée par un déplacement relatif (9) du corps test et de la paroi test, pour conférer à la paroi test déformée une surface externe sensiblement identique à la surface externe de la forme endommagée caractérisée à l'étape a) ; et e) calcul de tenue mécanique de la paroi test déformée obtenue à l'étape d).

Description

Procédé de détermination de la tenue mécanique d'un ouvrage. La présente invention concerne un procédé de détermination de la tenue mécanique d'un ouvrage. Il peut concerner notamment des ouvrages destinés à contenir un fluide, tels qu'un réservoir ou une capacité tampon, ou bien une partie d'un pipeline. Durant leur période d'exploitation, les ouvrages sont susceptibles de subir des dommages mécaniques pouvant avoir toutes sortes de causes, telles que des mouvements intempestifs d'engins de travaux, des chutes de charges, par exemple d'un conteneur, l'action d'ancres de bateaux, ou bien encore des actes de malveillance. Lorsque le défaut est de type « enfoncement » (en anglais : dent), l'ouvrage endommagé reste souvent étanche, mais la question se pose de savoir quelle est sa tenue mécanique et si on peut continuer de l'utiliser. Par exemple, la pression interne à laquelle un pipeline peut encore être utilisé et sa forme conditionnent le débit d'hydrocarbures qui peut transiter. Il n'existe pas à l'heure actuelle de méthode pour déterminer la tenue mécanique d'un ouvrage, en particulier de grandes dimensions, sans mettre cet ouvrage hors service, ni sans pratiquer un test destructif de type éclatement. On a recours à des normes (ASME, API, ERG, PDAM...) qui relient un paramètre d'aspect du défaut, en général l'enfoncement rapporté au diamètre, au fait de pouvoir continuer à utiliser l'ouvrage. Il s'avère que les tailles de défauts acceptables selon ces normes sont faibles. Ceci conduit à mettre hors service l'ouvrage endommagé et à le remplacer. Par exemple, pour un enfoncement de pipeline non contraint, c'est-à-dire que la cause de l'enfoncement a disparu (en anglais unconstrained dent), la limite maximale autorisée par la norme PDAM est un enfoncement de 70/0 du diamètre. La présente invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus, c'est-à-dire en particulier de fournir un procédé de détermination de la tenue mécanique d'un ouvrage ayant été endommagé, qui puisse être mis en oeuvre in situ, sans test destructif, et fournisse un résultat fiable.

La solution de l'invention porte sur un procédé de détermination d'un paramètre de tenue mécanique d'un ouvrage comprenant une paroi, un endommagement de l'ouvrage ayant fait passer la paroi d'une forme initiale à une forme endommagée, la forme endommagée différant de la forme initiale dans une zone donnée, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) réalisation de mesures pour caractériser géométriquement une surface externe de la forme endommagée dans la zone donnée ; b) modélisation d'un corps test à partir des mesures réalisées, le corps test comprenant une surface sensiblement identique à la surface externe de la forme endommagée dans la zone donnée et le corps test pouvant s'emboîter sur la surface externe de la forme endommagée caractérisée à l'étape a) ; c) modélisation d'une paroi test comprenant une partie de forme sensiblement identique à la forme initiale ; d) calcul d'une paroi test déformée et d'un état de contrainte lié à la déformation, la déformation de la paroi test étant causée par un déplacement relatif du corps test et de la paroi test, le déplacement relatif étant configuré pour conférer à la paroi test déformée une surface externe sensiblement identique à la surface externe de la forme endommagée caractérisée à l'étape a) ; et e) calcul de tenue mécanique de la paroi test déformée obtenue à l'étape d). L'ouvrage peut être de toute nature. Il peut être destiné à contenir un fluide (réservoir, capacité tampon...). Il peut aussi servir à transporter un fluide (gazoduc, pipeline...). Il peut encore s'agir d'une coque de navire. S'il s'agit d'un ensemble de grandes dimensions, l'ouvrage est alors une partie de cet ensemble concernée par le dommage, par exemple un tronçon de pipeline ou une partie de coque de navire. Le type de tenue mécanique dépend de la nature de l'ouvrage. Le paramètre recherché doit renseigner sur la résistance de l'ouvrage à une sollicitation mécanique donnée. Pour un réservoir ou un pipeline, cela peut être la pression d'éclatement, ou encore la pression à laquelle une perte de raideur se produit.

A l'étape a), on caractérise géométriquement une surface externe de l'ouvrage dans sa forme endommagée. Le dommage peut notamment prendre la forme d'un enfoncement. En général, la cause du dommage a disparu. La paroi de l'ouvrage est déformée, mais ne présente pas d'ouverture, même si de la matière a pu être arrachée. Il peut aussi s'être produit de la corrosion, interne ou externe, pouvant affecter l'épaisseur et les propriétés mécaniques du ou des matériaux dont est constituée la paroi. Par caractérisation géométrique, on entend tout moyen visant à représenter au moins la forme de la surface externe de l'ouvrage à l'endroit du dommage.

Cette caractérisation permet au moins le repérage dans l'espace de points de la surface externe de la forme endommagée. La caractérisation peut être plus ou moins précise. La méthode à employer peut varier selon l'endroit où se trouve l'ouvrage, selon qu'il est immergé ou non, et selon les moyens de caractérisation disponibles. Si possible, on recherche une empreinte fidèle de la surface externe de la paroi déformée. A l'étape b), on modélise un corps test, également nommé « impacteur ». Il s'agit de créer une représentation mathématique d'un solide en vue de calculs. Ce solide possède une surface proche, de préférence sensiblement identique à la surface caractérisée à l'étape a). Il peut s'emboîter sur la surface externe de la forme endommagée, c'est-à-dire que le solide a une forme complémentaire de la forme endommagée telle qu'elle est caractérisée. Le corps test comprend donc une empreinte du défaut « en positif », l'ouvrage endommagé ayant un dommage « en négatif » (en creux). Le corps test ressemble donc à un moulage externe de la forme endommagée, la fidélité du moulage à l'original dépendant de la précision de la méthode de caractérisation employée à l'étape a). A l'étape c), on modélise une paroi test. Elle représente mathématiquement la paroi de l'ouvrage dans sa forme initiale, non endommagée, connue par des plans, des photos, des équations de surfaces, ou tout autre moyen connu en soi. Plus précisément, elle comprend au moins une partie sensiblement identique à la forme initiale.

Le caractère « sensiblement identique » ou non d'une surface avec une autre surface peut être évalué par une norme appropriée, par exemple une moyenne des écarts entre des points régulièrement espacés sur la surface et ces mêmes points projetés sur l'autre surface. On dira qu'une surface est « sensiblement identique » à une autre si la différence entre les deux a été rendue inférieure à un seuil prédéterminé, ou plus simplement si des mesures, ou l'oeil nu, indiquent qu'elles sont très proches l'une de l'autre. A l'étape d), on réalise un calcul visant à obtenir une paroi test déformée. Pour ce faire on simule un déplacement relatif du corps test, ou « impacteur », vers la paroi test (non encore déformée et qui est « impactée »). L'interaction des deux corps est régie notamment par un modèle mécanique comprenant des lois mathématiques établissant un lien entre déformations et état de contrainte de la paroi test. Le but du mouvement relatif est d'imprimer à la paroi test une déformation qui soit, après retrait du corps test, sensiblement identique à la déformation réelle qui a été caractérisée. Si la forme obtenue pour la paroi test déformée n'est pas satisfaisante, i. e. pas assez proche de la surface externe telle que caractérisée, on peut réitérer le calcul de l'étape d) en modifiant : - les paramètres du déplacement relatif du corps test et de la paroi test ; et/ou - la forme ou les dimensions du corps test ; et/ou - changer les lois mécaniques régissant le comportement du corps test. A l'étape e), on réalise un calcul de tenue mécanique à partir de la paroi test déformée. Par exemple, on peut lui appliquer une pression interne croissante et détecter une perte de raideur ou un éclatement.

L'étape d) de calcul permet d'obtenir au moins deux résultats très intéressants : - d'une part, un état de contrainte de la paroi test déformée dont il a pu être vérifié expérimentalement qu'il possède une très bonne représentativité. En effet, il a été testé que, si l'on endommage volontairement un ouvrage, puis qu'on lui applique un procédé selon l'invention (caractérisation du défaut, puis modélisation et calculs), on obtient des valeurs de tenue mécanique très proches de celles mesurées expérimentalement sur cet ouvrage endommagé. Ceci sera illustré ci-après par les figures et une comparaison des résultats expérimentaux avec ceux obtenus par un procédé selon l'invention. - d'autre part, des informations sur la paroi test déformée, concernant son état de contrainte et de déformation, non plus considéré statiquement, mais comme le résultat d'un processus dynamique (la déformation progressive faisant jouer un modèle mécanique). Il est ainsi possible de détecter l'extension de certains phénomènes dus à la plasticité et qui ne sont pas forcément détectables sur l'ouvrage endommagé lui-même par des moyens ordinaires.

On constate que la méthode, ainsi validée expérimentalement, permet d'obtenir un paramètre de tenue mécanique après une prise d'empreinte du dommage. L'ouvrage reste disponible pour son office et n'est pas détruit ou altéré par un test de rupture ou de perte de raideur. Le procédé selon l'invention permet aussi de tenir compte des chargements et/ou des contraintes de fonctionnement de l'ouvrage pendant et après son endommagement, par exemple de la présence de supports. Pour cela, on réalise les calculs des étapes d) et e) en imposant ces contraintes à la paroi test modélisée. Selon des modes de réalisations particuliers, l'invention peut mettre en oeuvre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le calcul de tenue mécanique de l'étape e) comprend un calcul de déformation de la paroi test déformée obtenue à l'étape d) sous l'effet d'une sollicitation mécanique d'intensité croissante, le paramètre de tenue mécanique étant une intensité pour laquelle une rupture ou une perte de raideur de la paroi test déformée est détectée. Dans ce cas le calcul de tenue mécanique vise à reproduire un test de rupture réel. Il est choisi en fonction de la nature de l'ouvrage et du paramètre de tenue mécanique recherché. - la sollicitation mécanique d'intensité croissante comprend une mise sous pression interne croissante de la paroi test déformée, la paroi test modélisée à l'étape c) pouvant être complétée par d'éventuelles parties manquantes pour être fermée et le paramètre de tenue mécanique étant une pression pour laquelle un éclatement de la paroi test déformée dû à la mise sous pression interne est détecté. Dans ce cas, le test de rupture simulé est un test d'éclatement. L'éclatement est détecté notamment par une forte augmentation des distances dans la paroi test et un relâchement des contraintes auxquelles elle est soumise. - le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d) et le calcul de tenue mécanique de la paroi test déformée réalisé à l'étape e) comprennent une méthode par éléments finis, les modélisations du corps test et de la paroi test des étapes b) et c) comprenant une discrétisation en éléments finis. Il a été testé que la méthode des éléments finis donne de bons résultats. D'autres méthodes pourraient être utilisées, comme les différences finies explicites. - le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d) et le calcul de tenue mécanique de la paroi test déformée réalisé à l'étape e) utilisent un modèle de déformation élasto-plastique de la paroi test. Les lois élasto- plastiques permettent une bonne prise en compte des phénomènes liés au dommage et conduisent à un état de contrainte de la paroi test déformée dont la représentativité a été vérifiée. - pour le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d), la surface du corps test sensiblement identique à la surface externe de la forme endommagée est indéformable. Bien qu'un corps test déformable, avec son propre modèle mécanique, identique ou non à celui de la paroi test, puisse présenter des avantages, il a été observé que les résultats obtenus à l'étape d) sont représentatifs même lorsque le corps test est traité comme étant indéformable. Ceci permet de simplifier les calculs. - pour le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d), le déplacement relatif du corps test et de la paroi test comprend un rapprochement, puis un éloignement du corps test et de la paroi test pour tenir compte d'un phénomène de retrait élastique de la paroi test. Le phénomène de retrait élastique correspond au fait que la paroi test subit tout d'abord un enfoncement important dû à l'action du corps test, cette déformation s'atténuant ensuite par un retour élastique. Pour tenir compte de ce phénomène, on commence par imprimer à la paroi test une déformation plus importante que celle visée in fine par un rapprochement de la paroi test et du corps test, puis on laisse le retrait se produire par un éloignement des deux corps. - pour le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d), le déplacement relatif du corps test et de la paroi test est effectué selon une direction interceptant la paroi test dans la zone donnée selon une incidence sensiblement orthogonale à une surface externe de la forme initiale. L'incidence orthogonale n'est pas la seule possible, mais elle est souvent adaptée pour obtenir la forme souhaitée pour la paroi test. Dans certains cas, une incidence oblique peut présenter un intérêt, par exemple quand il est évident que le dommage résulte d'un impact sous incidence oblique. - les mesures réalisées à l'étape a) comprennent en outre des mesures d'épaisseur de la forme endommagée en plusieurs endroits de la zone donnée, les mesures d'épaisseur étant utilisées pour corriger en épaisseur la paroi test déformée obtenue par calcul à l'étape d), de manière à ce que la paroi test déformée ait une épaisseur sensiblement identique à l'épaisseur de la forme endommagée en lesdits plusieurs endroits. Outre la forme, il est intéressant de prendre en compte d'éventuelles modifications de l'épaisseur de la paroi, que celles-ci résultent du dommage ou d'une autre cause, telle que la corrosion. Ceci peut être fait en caractérisant l'épaisseur (mesure en plusieurs points de la surface de la paroi) et en corrigeant l'épaisseur de la paroi test. La correction peut être faite après le calcul de déformation. Elle peut aussi être faite avant. - les mesures réalisées à l'étape a) pour caractériser géométriquement la forme endommagée comprennent un ou plusieurs types de mesures parmi le groupe consistant en une triangulation par faisceau laser, un relevé manuel, une photogrammétrie, une investigation par ultrasons. Ces mesures fournissent une caractérisation plus ou moins précise de la surface externe à l'endroit du dommage (relevé manuel, photogrammétrie, triangulation laser, ultrasons) et d'autres permettent aussi une mesure de l'épaisseur de la paroi (ultrasons).

L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant une ou plusieurs séquences d'instructions accessibles à un processeur et qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur, lui font mettre en oeuvre les étapes b) à e) d'un procédé tel que décrit ci-dessus, le processeur ayant reçu des données comprenant des résultats de mesures pour caractériser géométriquement la forme endommagée dans la zone donnée. Le programme permet la mise en oeuvre des étapes b) à e) de la méthode telle que décrite ci-dessus. Pour fonctionner, le processeur à besoin de traiter des données correspondant à l'information recueillie à l'étape a). En outre, s'il ne les a pas déjà, on peut fournir au programme, en tant que de besoin, des données correspondant à la forme initiale de la paroi, aux modèles mécaniques, au mouvement relatif du corps test et de la paroi test, au calcul de tenue mécanique souhaité. Ces données peuvent être introduites sur demande du processeur, qui interroge l'utilisateur. Des choix prédéterminés d'ouvrages à tester et de modèles peuvent être proposés à l'utilisateur, ainsi que des options correspondant aux variantes du procédé. L'invention concerne également un moyen de stockage lisible par un ordinateur comprenant une ou plusieurs séquences d'instructions du produit programme d'ordinateur décrit ci-dessus. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 a représente un exemple d'ouvrage, ici un tronçon de pipeline pour le transport d'un hydrocarbure sous pression ; - la figure 1 b représente le même ouvrage, mais dont la paroi a été endommagée ; - la figure 2 montre un diagramme représentant un procédé selon l'invention ; - la figure 3a représente une caractérisation de la surface externe de la forme endommagée (étape a) ; - la figure 3b illustre la modélisation d'un corps test (étape b) à partir de la caractérisation représentée en fig. 3a ; - la figure 3c montre la modélisation d'une paroi test (étape c) ; - la figure 3d représente une vue plus proche d'une partie de la paroi test de la figure 3c ; - la figure 4 est un diagramme représentant les étapes d) et e), l'étape d) étant plus détaillée qu'à la figure 2 ; - la figure 5a représente une paroi test déformée à l'issue de l'étape d) ; - la figure 5b représente une paroi test déformée au moment de son éclatement pendant l'étape e) ; - la figure 6 et un diagramme représentant une variante de l'étape d), avec prise en compte de l'épaisseur de la paroi test ; - les figures 7a et 7b illustrent l'étape d5) de la variante représentée à la figure 6 ; - enfin, la figure 8 est un graphique illustrant la variation du diamètre de la paroi test déformée pendant le calcul de tenue mécanique (étape e). Pour des raisons de clarté, les dimensions des différents éléments représentés sur ces figures ne sont pas nécessairement en proportion avec leurs dimensions réelles. Sur les figures, des références identiques correspondent à des éléments identiques. La figure la montre un ouvrage 1 qui est un tronçon de pipeline. Il comprend une paroi 3 de forme initiale 4a sensiblement cylindrique et d'une épaisseur donnée uniforme. La figure b illustre le même ouvrage, endommagé dans une zone 25 donnée 5 de la paroi. La paroi a pris une forme endommagée 4b, qui présente dans la zone donnée un enfoncement. Cet enfoncement pourrait être dû notamment à la chute d'un pylône ayant touché le pipeline dans sa partie supérieur, le pylône étant orienté après sa chute à peu près horizontalement et d'une manière sensiblement orthogonale à la direction longitudinale du pipeline.20 Pour les tests expérimentaux dont il est question ci-après, un tel tronçon de pipeline a été reproduit sous une forme représentée en bas de la figure 3c, c'est-à-dire que les deux ouvertures circulaires du tronçon ont été bouchées par des fonds, notamment pour pouvoir pratiquer un test d'éclatement.

Sur le diagramme de la figure 2, les principales étapes d'un procédé selon l'invention sont représentées. A l'étape a), on caractérise géométriquement la forme endommagée. A l'étape b), on modélise un corps test à partir des résultats des mesures réalisées à l'étape a). A l'étape c), on modélise une paroi test. Les modélisations des étapes b) et c) sont utilisées à l'étape d) de calcul d'une paroi test déformée. On calcule ensuite la tenue mécanique de la paroi test déformée (étape e), par exemple en soumettant la paroi test déformée à une pression hydrostatique interne croissante. Un paramètre P de tenue mécanique est obtenu, qui est donc la pression d'éclatement de l'ouvrage. Dans certains cas, il n'y a pas éclatement, mais simplement perte de raideur se traduisant par une déformation importante et soudaine. Outre les modélisations du corps test et de la paroi test, l'étape d) met en oeuvre un modèle mécanique de la paroi test et un modèle mécanique du corps test. Ces modèles sont des lois mathématiques connues, par exemple les lois de déformation élasto-plastiques de l'acier dont est constituée la paroi. Pour le corps test, le modèle peut être très simple si on considère ce dernier comme indéformable. Le calcul de l'étape d) simule un déplacement relatif du corps test et de la paroi test de manière à provoquer une déformation de la paroi test. Ce mouvement relatif est paramétré par une méthode connue en soi. Il s'agit de repérer la position des deux corps dans l'espace. Le but du déplacement relatif est de conférer à la paroi test, à la fin du calcul, une déformation sensiblement identique à celle qui a été caractérisée à l'étape a). La figure 3a illustre la caractérisation géométrique de la surface externe 4c de la paroi de l'ouvrage dans sa forme endommagée 4b. Par une méthode de triangulation par faisceau laser, connue en soi, on obtient les coordonnées dans l'espace d'une pluralité de points situés sur la surface externe. Le fichier contenant ces coordonnées permet de représenter mathématiquement la surface externe. On pourrait aussi représenter la surface externe par des surfaces mathématiques ou toute autre méthode équivalente. On comprend que la caractérisation donne au minimum la forme générale de la surface externe où se situe le dommage.

La figure 3b illustre un corps test 6 obtenu à partir de la caractérisation représentée en figure 3a. Le corps test peut être représenté comme un solide comprenant une surface 6a sensiblement identique à la surface externe caractérisée à l'étape a). Les données recueillies à l'étape a) servent à définir cette surface du corps test. Celui-ci est ensuite complété, par exemple selon la forme représentée en traits fins discontinus, pour acquérir un volume et une forme générale complémentaire de celle du dommage. Le corps test est une sorte de « moulage » externe du dommage. Sa surface 6a possède en positif la forme du dommage, qui se trouve en négatif (en creux) dans la forme endommagée de la paroi de l'ouvrage. La qualité du « moulage » dépend de la précision de la caractérisation effectuée à l'étape a). On comprend que le corps test peut être complété de nombreuses manières à partir de la surface 6a. En réalité, le corps test est défini par cette surface et une orientation de cette surface qui détermine le côté de la surface devant être appliqué contre la paroi test lors du calcul de l'étape d).

La figure 3c représente le corps test 6 en mouvement relatif 9 vers la paroi test 7. Le mouvement est dit « relatif » car il est indifférent que le corps test s'approche de la paroi test, ou l'inverse. Le mouvement relatif se fait selon une direction 9a verticale passant par l'axe longitudinal de la paroi test. La paroi test comprend une partie 7a qui est sensiblement identique à la forme initiale du tronçon de pipeline représenté à la figure 1 a. Elle a été complétée par des fonds 7a et 7b pour représenter l'ouvrage qui a été testé expérimentalement. Comme on le voit sur la figure 3c, ainsi que sur les figures 3d, 5a, 5b, 7a et 7b, la paroi test est discrétisée en éléments finis 10. Il en va de même du corps test. Cette discrétisation a été effectuée à partir des fichiers de caractérisation de la surface externe à l'aide du logiciel Empreinte développé par la société Tecnitas, en collaboration avec la demanderesse. Ce logiciel produit les fichiers nécessaires aux calculs de déformation des étapes d) et e), lesquels ont été réalisés en utilisant le logiciel Abaqus. Il est à noter que le procédé selon l'invention n'impose pas d'utiliser de tels logiciels. La discrétisation en éléments finis et le calcul par la méthode des éléments finis peuvent être réalisés par d'autres logiciels ou programmés directement par l'homme du métier. La figure 4 explicite l'étape d) de calcul d'une paroi test déformée. L'étape d) comprend la mise en place de condition aux limites (sous-étape d1). Il est notamment possible de tenir compte de la situation dans laquelle se trouve l'ouvrage. Par exemple, on peut tenir compte de la présence de supports, ou du fait que l'ouvrage était soumis à un champ de contraintes donné pendant le dommage. Les sous-étapes d2) et d3) représentent deux phases du calcul, la première simulant un rapprochement du corps test et de la paroi test, la seconde un éloignement du corps test, ou retrait. Pendant la seconde se produit un retour élastique de la paroi test. Dit autrement, à l'issue de l'étape d2), la paroi test est plus déformée qu'elle ne l'est à l'issue de l'étape d3). Pour obtenir un certain enfoncement final (sensiblement identique au dommage réel), le corps test enfonce davantage la paroi test dans un premier temps (étape d2).

A la sous-étape d4), on teste si la paroi test déformée présente une surface externe sensiblement identique à la surface externe caractérisée à l'étape a). Si ce n'est pas le cas, on réitère les étapes d2) et d3) en modifiant les paramètres du déplacement relatif du corps test et de la paroi test, par exemple le degré d'enfoncement.

Le degré d'identité à obtenir peut être déterminé par une étude paramétrique que l'homme du métier est en mesure de réaliser sans difficultés particulières. La figure 5a représente une paroi test déformée 8 obtenue à l'issue de l'étape d). Elle a donc une forme très proche de la forme endommagée de la paroi de l'ouvrage. En fait, le problème étant symétrique selon un plan 8b dans l'exemple, seule un quart de la paroi test déformée est représentée. La paroi test présente une déformation 8a. Sa surface externe 8c est sensiblement identique à la surface externe 4c caractérisée à l'étape a). La figure 5b représente la forme 9 de la paroi test déformée alors que celle-ci est sur le point d'éclater. L'éclatement se détecte par une instabilité globale dans les calculs, accompagnée d'une augmentation soudaine d'une dimension caractéristique et d'un relâchement des contraintes. Seule un quart de la paroi test déformée et regonflée est représentée, en raison de la symétrie selon le plan 9a (identique au plan 8b). Signalons que, de manière fortuite, la forme prise par la paroi test juste avant son éclatement « ressemble » à la forme initiale. La figure 5b illustre un calcul de tenue mécanique (à l'éclatement). D'autres calculs sont possibles en fonction du paramètre P de tenue mécanique souhaité. Par exemple, il est possible de calculer la résistance à une pression externe. La figure 6 illustre une variante de l'étape d) représentée à la figure 4. En effet, une sous-étape d5) a été ajoutée. Elle comprend le fait d'amincir (ou d'épaissir) la paroi test déformée obtenue à l'issue de la sous-étape d3), pour tenir compte d'une caractérisation de l'épaisseur de la forme endommagée 4b de la paroi de l'ouvrage. En effet, l'épaisseur e (représentée en figures 3d et 7b), si elle est modifiée par l'endommagement ou par toute autre cause, joue un rôle important dans la résistance locale de l'ouvrage. De manière alternative, il est possible d'amincir la paroi test avant le calcul de déformation. Les figures 7a et 7b montrent comment l'amincissement de la sous-étape d5) peut être réalisé en pratique. La figure 7b représente quelques éléments finis de la figure 7a, plus ceux qui sont en dessous, pour obtenir une vue en perspective montrant le nombre de couches d'éléments finis dans la zone donnée 5. Dans cette zone, on enlève quelques éléments finis 10a. Dans l'exemple, une couche supplémentaire d'éléments finis a été installée au moment de la discrétisation réalisée à l'étape c). Puis cette couche est enlevée à la sous-étape d5) et ceci amincit la paroi test déformée. Cette façon de faire présente l'avantage de conserver le même nombre de couches d'éléments finis sur toute la paroi test déformée (ici quatre couches).

La figure 8 montre un relevé de la déformation radiale de la paroi test déformée en fonction de la pression interne lors d'un calcul de résistance à l'éclatement. La pression d'éclatement est d'environ 260 bars. Avant l'éclatement, la pression et la déformation radiale augmentent progressivement.

A l'endroit figuré par une flèche se produit l'éclatement. Ensuite, la pression baisse légèrement et la déformation radiale augmente rapidement, ce qui matérialise l'éclatement. Le procédé selon l'invention a été notamment validé par des tests 10 expérimentaux ayant porté sur des tubes fermés à leur deux extrémités et ayant une forme semblable à celle de l'élément 7 de la figure 3c. Des tubes de trois diamètres différents ont été utilisés : - 610 mm : tubes numérotés de 1 à 3, d'épaisseur nominale 12,5 mm, - 457,2 mm : tubes numérotés de 4 à 6, d'épaisseur nominale 10,5 15 mm, - 323,9 mm : tubes numérotés de 7 à 9, d'épaisseur nominale 9,53 mm, Le tableau 1 suivant résume les différents essais et précise notamment l'objet utilisé pour créer le dommage (appelé « impacteur »). C'est l'équivalent 20 réel du corps test. Il a été enfoncé dans les tubes à l'aide d'une presse développant des efforts correspondant à une masse de l'ordre de 90 tonnes. Dé i~iti~ r., es sel ill ps cteur , y' ~ e s ~. 'ub N1 200 % lonpitudIn al e 1 x 12. Tube 1 trilrl Tu N2 R8 be _x'1; ub Tube E 4 2tJtsa, lonpitud al Usine de _ Il m avec chanfrein 1 b.,,. N 2ü#...e l~ nf4itu anal Usiné de 4 mm avec conr`i-s, rza~ Tube N5 Conii:i Le 36 ube Pbucfs Yu:1e NO ioreudinal 223.g xrg 53 Tube N7 Tube l~ i2 trar,;vesel '.Tube en flexion Tableau 1 : définition des essais expérimentaux.

Dans le tableau 1, « 2006 longitudinal » fait référence à un objet ayant la même forme que l'élément 7 de la figure 3c, mais plus petit d'un facteur dix environ. L'axe longitudinal de l'objet était orienté parallèlement à l'axe longitudinal du tube, l'objet et le tube étant superposés, puis pressés verticalement l'un contre l'autre. « 2006 transversal » signifie que l'axe longitudinal de l'objet était orthogonal à l'axe longitudinal du tube, l'objet et le tube étant toujours superposés, puis pressés verticalement l'un contre l'autre. « Conique 36 » signifie qu'on a utilisé comme « impacteur » un objet de forme tronconique pointant vers le bas et qu'on l'a pressé verticalement vers le tube. « R8 » est un cylindre dont la base est un trapèze isocèle déformé en ce sens que le petit côté du trapèze est remplacée par un demi-cercle dans le prolongement des deux côtés adjacents au petit côté. L'objet R8 a été pressé verticalement contre les tubes, sa partie ronde (en demi-cercle) pointant vers le bas. Au cours de ces neuf expériences, après la phase d'enfoncement visant à créer le dommage, le procédé selon l'invention a été appliqué aux tubes endommagés : - caractérisation de la surface externe du tube déformé par une méthode optique. Les enfoncements réels obtenus sont précisés au tableau 2 suivant. - modélisation d'un corps test, - modélisation du tube non endommagé (i. e. de la paroi test), - calcul d'une paroi test déformée.

Le tableau 2 compare l'effort de presse qu'il a fallu fournir pour déformer les tubes et l'effort calculé lors de l'étape d) avant le retrait élastique. On voit que l'accord est très bon, ce qui a permis de vérifier que les modèles mécaniques sont suffisamment représentatifs et que le corps test agit sur la paroi test de manière représentative.

Il est à noter qu'une large gamme de valeurs d'enfoncement relatif a été explorée, allant jusqu'à 56% du diamètre original des tubes. Enfoncement f n-r r n) Effort i~r1p.actaae f: t~ü nne s } t>~ w~ diei~re es tL``1muietices ia3sueâ ni.~rrr; eiçues fT1pà>vtFf_fr Tube 24 pouces 610 `ülve N1 1 a ~ (26%) %.) xl2.50 Tube N3 232 M.%) 88 Tube N2 315 ta.t.:4)) 83 >be ~ 48 43 82 i. 1 8%) y, ~ Tube le :puces 457.2 l 11 11 "l:~be 1 r., 7t23 % 56 tv N6 Tube N5 t }4} { 'k%) YS y Û' "ut~e1 z F =-1 r~ees Tube W~ t 3e 1 51 i e }3 Tube NI 1.84 t~çr.iz tir ;~ü Tube Ne 18,4 t.58%).

Tableau 2 : comparaison des efforts de presse et des efforts d'endommagement simulés. Il a également pu être vérifié (voir tableau 3) que l'accord est très bon en ce qui concerne la valeur du retrait élastique (phénomène de rebond de la paroi lorsqu'on remonte l'objet « impacteur ») et la forme du dommage, notamment l'ovalisation des tubes dans la zone d'impact. .eati. #SSs ~ ~:le4a dus:aeae ~:Jr~la {i é y `))C>~~, 1l ~-% NI w 9 x 1 L::N : l3 Ü 5'! G h1' {t } . ~4l'} y4' 5. R;1: a 9 y w: 1x:1 ,W ;l.;eNe, 192 131 9 4,41 S :a? £< 2.1 é ~ae :55 55 lj;,~ri :;i ^?^i-^? t M-l i ;lwû #`r 1 4 1q£1 ><t. u? rz ,i 9 9 i9 :3 :1.0 3:11 - 3 Tableau 3 : comparaison des retours élastiques et ovalisations mesurés et 15 simulés. Ensuite, les tubes déformés ont été soumis à un test d'éclatement par injection d'eau. Le tableau suivant compare la pression d'éclatement mesurée (colonne de droite) à la pression d'éclatement obtenue par calcul à l'issue de l'étape e) du procédé (colonne de gauche). Mise en pression Valeur eclaternent (bars) Simul. nurn. Mesures Tube 24 pouoes Tube NI .258 249 60 Tube N3 251 24-4 1 x12.50 Tube N.2 254 .242 Tube 18 pouces Tube N4 182 142 4.57..2 x10.0 Tube N6 189 1.96 Tube N5 264 264 Tube 12 pouces Tube N.9 .302 325 9 Tube N7 332 333 323.9 x .53 Tube N8 332 335 Tableau 4 : comparaison des pressions d'éclatement mesurées et calculées. En ce qui concerne la pression d'éclatement, paramètre de tenue mécanique recherché, on constate à nouveau que l'accord est très bon. Les résultats moins bons pour les tubes 4 et 6 sont dus à la non prise en compte des concentrations de contrainte dues à l'usinage. Le procédé selon 10 l'invention fournit donc bien un paramètre de tenue mécanique fiable et ne requiert pas de modifier ou de déplacer l'ouvrage endommagé, les tubes n'ayant été soumis ici à un test d'éclatement que pour les besoins de la comparaison. 15

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'un paramètre de tenue mécanique (P) d'un ouvrage (1) comprenant une paroi (3), un endommagement de l'ouvrage ayant fait passer la paroi d'une forme initiale (4a) à une forme endommagée (4b), la forme endommagée différant de la forme initiale dans une zone donnée (5), le procédé comprenant les étapes suivantes : a) réalisation de mesures pour caractériser géométriquement une surface externe (4c) de la forme endommagée dans la zone donnée ; b) modélisation d'un corps test (6) à partir des mesures réalisées, le corps test comprenant une surface (6a) sensiblement identique à la surface externe de la forme endommagée dans la zone donnée et le corps test pouvant s'emboîter sur la surface externe de la forme endommagée caractérisée à l'étape a) ; c) modélisation d'une paroi test (7) comprenant une partie (7a) de forme sensiblement identique à la forme initiale ; d) calcul d'une paroi test déformée (8) et d'un état de contrainte lié à la déformation, la déformation (8a) de la paroi test étant causée par un déplacement relatif (9) du corps test et de la paroi test, le déplacement relatif étant configuré pour conférer à la paroi test déformée une surface externe sensiblement identique à la surface externe de la forme endommagée caractérisée à l'étape a) ; et e) calcul de tenue mécanique de la paroi test déformée obtenue à l'étape d).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le calcul de tenue mécanique de l'étape e) comprend un calcul de déformation de la paroi test déformée obtenue à l'étape d) sous l'effet d'une sollicitation mécanique d'intensité croissante, le paramètre de tenue mécanique étant une intensité pour laquelle une rupture ou une perte de raideur de la paroi test déformée est détectée.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la sollicitation mécanique d'intensité croissante comprend une mise sous pression interne croissante de la paroi test déformée, la paroi test modélisée à l'étape c) pouvant être complétée par d'éventuelles parties manquantes (7a, 7b) pour être fermée et le paramètre de tenue mécanique étant une pression pour laquelle un éclatement de la paroi test déformée dû à la mise sous pression interne est détecté.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d) et le calcul de tenue mécanique de la paroi test déformée réalisé à l'étape e) comprennent une méthode par éléments finis, les modélisations du corps test et de la paroi test des étapes b) et c) comprenant une discrétisation en éléments finis (10).
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d) et le calcul de tenue mécanique de la paroi test déformée réalisé à l'étape e) utilisent un modèle de déformation élasto-plastique de la paroi test.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, pour le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d), la surface du corps test sensiblement identique à la surface externe de la forme endommagée est indéformable.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, pour le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d), le déplacement relatif du corps test et de la paroi test comprend un rapprochement, puis un éloignement du corps test et de la paroi test pour tenir compte d'un phénomène de retrait élastique de la paroi test.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, pour le calcul de déformation de la paroi test réalisé à l'étape d), le déplacement relatif du corps test et de la paroi test est effectué selon unedirection (9a) interceptant la paroi test dans la zone donnée selon une incidence sensiblement orthogonale à une surface externe de la forme initiale.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les mesures réalisées à l'étape a) comprennent en outre des mesures d'épaisseur (e) de la forme endommagée en plusieurs endroits de la zone donnée, les mesures d'épaisseur étant utilisées pour corriger en épaisseur la paroi test déformée obtenue par calcul à l'étape d), de manière à ce que la paroi test déformée ait une épaisseur sensiblement identique à l'épaisseur de la forme endommagée en lesdits plusieurs endroits.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les mesures réalisées à l'étape a) pour caractériser géométriquement la forme endommagée comprennent un ou plusieurs types de mesures parmi le groupe consistant en une triangulation par faisceau laser, un relevé manuel, une photogrammétrie, une investigation par ultrasons.
11. 11. Produit programme d'ordinateur comprenant une ou plusieurs séquences d'instructions accessibles à un processeur et qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur, lui font mettre en oeuvre les étapes b) à e) d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le processeur ayant reçu des données comprenant des résultats de mesures pour caractériser géométriquement la forme endommagée dans la zone donnée.
12. 12. Moyen de stockage lisible par un ordinateur comprenant une ou plusieurs séquences d'instructions du produit programme d'ordinateur selon la revendication précédente.25