Déformation d'une paroi d'acier sous pression jusqu'à la rupture : essais expérimentaux et simulations numériques

L’objectif de ce projet est de définir un Modèle par Éléments Finis simple qui évalue la déformation d’une paroi d’acier sous pression jusqu’à la rupture ductile. Les résultats de cette simulation numérique sont requis par le Modèle d’État Quasi-Statique. Ce dernier calcule la quantité d’énergie d’arc électrique qui est confinée par la déformation du réservoir d’un transformateur ou d’une inductance de puissance. Plusieurs essais expérimentaux sont réalisés à l’aide d’un banc d’essai où une paroi d’acier de 3,5 m2 est soumise à une pression statique jusqu’à la rupture ductile. La pression, le déplacement et la déformation de cette paroi d’acier sont mesurés pour faire la comparaison avec les résultats de la simulation numérique. Ainsi, ces essais expérimentaux sont simulés par un MEF détaillé à l’aide du logiciel ANSYS® Mechanical™. Tout d’abord, l’option de non-linéarité géométrique est activée pour cette analyse structurale par Éléments Finis, ce qui veut dire que la rigidité de la structure est ajustée en fonction du déplacement. Les propriétés mécaniques des matériaux proviennent d’essais de traction uniaxiale normalisés. La courbe contrainte-déformation vraie des matériaux est utilisée dans le logiciel EF pour décrire le comportement de la paroi d’acier. La paroi d’acier est maillée en éléments hexaèdres à 8 noeuds de type coque-solide avec cinq points d’intégration dans l’épaisseur. La taille de ces éléments doit être inférieure à 2 mm pour obtenir la convergence des résultats de déformation selon le critère de convergence-divergence de Sinclair (2008). C’est pour cette raison que la technique de sousmodèle est utilisée aux endroits où les déformations sont importantes, elle permet d’avoir un temps de calcul raisonnable avec une petite taille d’élément. Pour ce qui est des connexions de la paroi d’acier, un coefficient de friction statique de 0,8 est appliqué à sa surface supérieure et inférieure. La force de serrage appliquée aux boulons génère une force de friction suffisante pour limiter le glissement de la paroi d’acier. La validation de l’analyse par éléments finis (AEF) se fait par comparaison avec les résultats expérimentaux jusqu’à la rupture ductile de la paroi d’acier. Les résultats du déplacement vertical moyen de la paroi d’acier en fonction de la pression sont sous-estimés de 6 % par l’AEF. De plus, l’AEF reproduit avec une bonne précision l’effet membrane de la déformation principale de la paroi d’acier. Elle sous-estime la déformation