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> Analyse en fatigue des points de soudure

Analyse des points de soudure avec nCode DesignLife

La soudure est utilisée dans beaucoup d'industries comme méthode économique pour relier deux parties métalliques par un joint structurel. Cependant, la nature du processus de soudure implique qu'un point de soudure a généralement une résistance en fatigue inférieure à celle des parties qu'il raccorde ensemble. De plus, les soudures ont souvent tendance à être adaptées aux contraintes géométriques ou des changements de section dans la structure. Le résultat est que même dans une structure aussi bien conçue soit-elle, c'est typiquement les points soudés qui sont les plus fragiles vulnérables en fatigue. Toute évaluation de la durabilité d'une structure soudée doit donc prioritairement porter sur une évaluation de fatigue des points soudés.

Un certain nombre de fonctions ont été implémentées dans nCode DesignLife pour faciliter cette analyse en fatigue des points de soudure, et un programme en cours de développement est destiné à améliorer ceux-ci et étendre leur gamme d'applicabilité. Ce document décrit les méthodes principales mises en œuvre et fournit des cas d'étude concrets.

Fatigue des structures soudées

Figure 1: Section en coupe d'une soudure montrant la fusion (soudure) et les zones soumises à la chaleur.

La résistance en fatigue des joints soudés est en général significativement moins élevée que sur des parties soudées ensembles, ou sur les "parent plate". Les raisons sont les suivantes:

  • La forme géométrique d'une soudure provoque une concentration de tension (à moins qu'il s'agisse d'une soudure plate). La tension sera typiquement la plus élevée à la base de la soudure et la forme dans cette zone est difficilement contrôlable.
  • Le processus de soudure produira très souvent des défauts qui seront le foyer de début de fissures (inclusions de scorie, fusion incomplète, porosité, etc...) . De nombreuses preuves attestent que de la fatigue des soudures résulte la croissance de fissures.
  • Autour de la zone de fusion, il y a une zone de chaleur affectée (HAZ pour heat affected zone) où le matériau "parent" a été chauffé à une très haute température et refroidit rapidement. Ceci peut causer des modifications importantes dans la micro-structure et les propriété dans cette zone (annulation des traitements de chaleur précédents par exemple).
  • Le processus de soudure induit une tension résiduelle qui peut influer sur les limites d'élasticité du matériel.

Tous ces facteurs influent sur la résistance en fatigue d'un joint soudé qui peut être différente des parties assemblées. Par conséquent, il n'est pas raisonnable de se baser sur les propriétés de prédiction en fatigue des matériaux assemblés pour réaliser un profil sur un joint seul. C'est pour cette raison que la majorité des études et normes historiques  sont basées sur une caractérisation en fatigue comportementale sur ces joints, normalement en forme de courbes S-N. Ces courbes incluent effectivement tous les effets de défauts, les tensions résiduelles inconnues, les encoches, et tous les changements de propriété des matériaux quand la soudure est réalisée. Les caractéristiques principales de ce type d'approche sont décrites dans la section suivante.

Méthodes standards

Il existe de nombreux standards qui décrivent les méthodes d'évaluation de la fatigue pour les cordons de soudure, par exemple Eurocode 3[1], ASME Boiler and Pressure Vessel Code[2], Swedish Regulations for Welded Steel Structures[3] et British Standard BS7608[4]. Elles proposent toutes une approche similaire. Une méthode d'étude identique pour les structures en aluminium est décrite dans BS8118[5]. En résumé, seules les caractéristiques principales de l'approche soudée du BS7608 sont décrites ici.

Notez que le BS7608, “Code of practice for fatigue design and assessment of steel structures”, est très proche du BS5400 Part 10 “Code of practice for fatigue design of steel, concrete and composite bridges” [6]. Ses origines dans le génie civil sont évidentes.

  • La spécification du matériau n’entre pas dans cette norme, au-delà de cela il s'applique aux structures en acier avec une limite d'élasticité inférieure à 700 MPa. De nombreux chercheurs ont noté que si la résistance en fatigue des aciers pouvait varier largement avec la composition et l’exposition à la chaleur, une fois soudé, la résistance des joints obtenus relève d’une seule bande de dispersion. Ceci est très pratique car cela permet de réutiliser les mêmes courbes de design pour une grande variété de matériaux..
  • Les soudures sont classées par type de joints, géométrie, direction de chargement et direction potentielle de fissure. Par exemple, une soudure traversant complètement la forme illustrée par la Figure 2, chargée dans la direction de la flèche avec l’emplacement de la fissure en pied de cordon serait en classe F.

                                   

                                   Figure 2: Soudure classée "F" selon le BS7608

  • Chaque classe de soudure est associée avec une courbe S-N. Les courbes S-N des classes de soudure BS7608, renseignées dans la base de données matériaux nCode, sont illustrées dans la Figure 3 ci-dessous. Ce sont les courbes de durée de vie moyenne ou B50. Un designer voudra typiquement utiliser une courbe de design moins deux écarts-type, correspondant à 97.7% de probabilité de survie.

                                   

                                   Figure 3: Courbes S-N pour les classes de soudure BS7608

  • Notez que les courbes S-N ont un changement de pente à 107 cycles, correspondant à la limite en fatigue. La partie la plus basse de la courbe est utilisée pour des chargements d’amplitude variables, en conjonction avec un comptage de cycles rainflow et la règle de Miner, si la limite en fatigue est dépassée à un moment donné au cours de l’évolution dans le temps. Ce type d’approche est un moyen simple d’envisager le fait que de faibles cycles peuvent avoir un effet dommageable si des cycles plus grands sont capables de surmonter les barrières à la propagation de fissures. (Si vous êtes un utlisateur de DesignLife, vous pouvez reproduire cet effet en définissant la propriété “SmallCycleCorrection = BS7608” sur le moteur d’analyse).
  • La localisation et la nature de la contrainte qui doit être utilisée dans le processus de calcul en fatigue est standardisé pour chaque cas, mais typiquement est basé sur la contrainte principale de plus grande amplitude, et peut être une contrainte nominale ou plus souvent une contrainte « Hot Spot » ou une contrainte structurelle adjacente au pied de cordon de soudure. Pour des calculs pratiques en fatigues basés sur éléments finis, la détermination de cette contrainte est l’un des objectifs principaux. L’idée basique est de déterminer une contrainte localisée en pied de cordon, mais en excluant l’effet de la concentration de contrainte locale en raison des détails géométriques de la soudure. Pour un cas simple avec une combinaison de cas de charges appliqués et un moment de flexion uniforme, comme illustré par la Figure 4, la contrainte structurelle peut être calculée comme par la somme de la contrainte de membrane et de flexion dans la plaque adjacente à la soudure.

                         

          Figure 4: Le calcul de la contrainte structurelle dans la plaque adjacente à la soudure.

Si la géométrie et/ou la distribution de contrainte est plus complexe, une stratégie comme illustrée par la Figure 5 doit être mise en place.

                         Figure 5: Analysis of Seam Welds

            Figure 5: Détermination de la contrainte structurelle par extrapolation

La contrainte requise (“Chord hot spot stress” dans la Figure 5) est déterminée par l’extrapolation de la contrainte au pied de cordon de soudure, mais excluant les concentrations de contraintes liées à la géométrie du pied de cordon.  Dans le BS7608, les contraintes sont extrapolées à partir de contraintes  > 0.4t du pied de cordon soudure, où « t » est l’épaisseur de la tôle. Notez que le standard permet également de déterminer des contraintes par moyens expérimentaux, basé sur des jauges de contraintes placées à 0.1t du pied de cordon. Voir figure 6.

                                  

         Figure 6: Méthode expérimentale de détermination des contraintes en pied de cordon.

Si la géométrie et/ou la distribution de contrainte est plus complexe, une stratégie comme illustrée par la Figure 5 doit être mise en place.

  • Le processus de soudure introduit inévitablement des contraintes résiduelles à l’intérieur même de la structure, qui peut être de l’ordre de la limite de l’élasticité. Etant donné que ces contraintes sont normalement inconnues, les normes les traitent typiquement comme un élément de la dispersion qui est intégré dans les courbes S-N. Le standard BS7608 exclut spécifiquement l’utilisation d’une correction de la contrainte moyenne dans l’analyse proprement dite de la fatigue, à moins qu’une contrainte résiduelle soit connue, ou que l’assemblage ait été détendu, auquel cas la part compressive de chaque cycle peut être réduite de 60% de la valeur calculée. (Notez que dans DesignLife cette correction peut être reproduite en utilisant le FKM mean stress correction[7], avec les modifications des courbes standards S-N suivantes: régler le  R-ratio du test à 0, et les paramètres principaux de contrainte M1=M3=M4=0 and M2=-0.25).
  • Il y a un effet d’échelle dans la fatigue qui s’applique aux structures soudées avec une structure épaisse qui présentent une contrainte moindre que des structures plus fines. Il existe une variété de raisons à cet effet, incluant des raisons statistiques,  de contraintes, processus de fabrication et contraintes résiduelles. En commun avec d’autres normes, BS7608 est une méthode empirique pour modeler cet effet, réduisant la résistance à la fatigue pour des épaisseurs supérieures à une valeur tel que :

                                             Equation - Analysis of Seam welds

Où l’indice B désigne l’épaisseur de référence. Selon le BS7608 l’épaisseur de référence est de 16 mm, mais des études du type de Gurney[8,9] ont suggéré qu’il est possible d’extrapoler ces corrections à des tôles beaucoup plus fines, permettant d’en déduire des données de résistance en fatigue supplémentaires.

Les caractéristiques principales du BS7608 décrites ici donnent une bonne indication des questions qui doivent être abordées par une personne responsable de la conception ou de l’analyse d’une structure soudée. Notez que cette norme ne réalise pas le dimensionnement fin de chaque soudure avec un contrôle étroit de la géométrie soudée, la contrainte etc… Pour de tels cas, une approche locale décrite dans [10]  peut être plus productive.

Les calculs en fatigue basés sur diverses normes de soudure peuvent être facilement réalisés en utilisant nCode DesignLife, où un certain nombre de fonctionnalités ont été introduites pour rendre cela possible, incluant les courbes BS7608 et l’Eurocode, les corrections de faibles cycles et de contrainte moyenne. L’objectif principal pour un ingénieur désireux d’effectuer des calculs standards basés éléments finis est l’extraction d’un paramètre de contrainte approprié à partir des résultats obtenus par éléments finis. Cependant, des calculs assez réussis ont été réalisés en utilisant des stratégies de modélisation assez simples. Par exemple, un cordon de soudure peut souvent être représenté par une connexion simple entre les tôles avec des éléments coques. La chose la plus importante est de de veiller à ce qu’il y ait une rangée de points de récupération de contraintes appropriée (ex : centroïd de l’élément) en pied de cordon. Les éléments adjacents à la soudure peuvent être épaissis de manière sélective afin de mieux représenter la rigidité de la soudure. Voir Figure 7.

                           Figure 7: Analysis of seam welds

         Figure 7: Stratégie simple de modélisation pour une application BS7608

La méthode "Volvo"

Les méthodologies standards telles que décrites dans le BS7608 n'ont pas apporté de réponses satisfaisantes pour les applications dans le domaine automobile pour les raisons suivantes:

  • Ces méthodes ont été appliquées sur des structures de pièces épaisses alors que la grande majorité pièces soudées en automobile ont une épaisseur de 3mm ou moins.
  • Les systèmes de classification des points de soudure conçus pour les ouvrages d'art comme les ponts ou les containers pressurisés sont difficilement applicables aux structures de l'industrie automobile en raison de la combinaison de la géométrie des soudures et de la complexité des charges. 
  • On ne peut pas toujours les utiliser conjointement avec un modèle d'élément fini habituellement assez grossier (et presque toujours non-convergent) comme ceux typiquement utilisés en analyse de carrosserie automobile.

Toutes ces questions ont été à l'origine d'une nouvelle méthode développée à l'Université de Chealmers à la demande de Volvo Car Corporation. L'objectif était de développer une méthode basée sur un logiciel convivial permettant de faire des évaluations en fatigue à partir d'élément fini sur des joints soudés dans des structures automobiles typiques, sous réserve de charges complexes, avec un minimum d'intervention de la part de l'utilisateur. Le concept de base de la méthode, comme décrit par Fermér dans la Référence[11] reposait sur l'approche sur les points de soudure décrite par Rupp dans la Référence[12]. Cette méthode a été adoptée ensuite par nCode et en collaboration avec Volvo, et a été utilisée avec succès par les équipementiers et les fournisseurs automobiles. La méthode transposée dans un logiciel est décrite en détail dans le guide nCode DesignLife Theory [14], elle est donc brièvement résumée ici.

  • Stratégie de modellisation: La méthode requière une stratégie simple de modellisation pour les cordons de soudure, chacun d'entre eux étant représenté par une simple ou double rangée d'éléments de coque , comme illustré dans la Figure 8. Aucune classification de soudure est nécessaire au delà de l'identification des soudures en filet ou des joints se chevauchant, et en plaçant les éléments de soudure dans des groupes appropriés ou des ensembles de propriétés. Cela permet d'identifier automatiquement les éléments appropriés pour l'analyse.

                                    Figure 8: Analysis of seam welds

                           Figure 8: Stratégie de modélisation des soudures (méthode Volvo)

  • Récupération de la contrainte: Dans le concept original, les contraintes structurelles à la base du point de soudure (en substance, la même combinaison de membrane et de flexion illustrée dans la Figure 4) ont été calculées sur la base des forces et des moments nodaux agissant à la base du point de soudure ou les éléments à la racine de la soudure. Il existe des éléments adjacents aux éléments de soudure (en rouge sur la partie droite de la Figure 8). Dans la pratique, il y a un certain nombre de différentes façons de calculer les contraintes structurelles nécessaires pour le calcul en fatigue (cette question est examinée plus en détail dans la section suivante).
  • Le ratio de courbure: cette contrainte structurelle utilisée pour effectuer un calcul en fatigue d'une base de point de soudure est la somme de la contrainte de la membrane et de la courbure (voir Figure 9). Toutefois, les résultats des tests indiquent que la grande résistance à la fatigue est nettement supérieure pour les joints flexibles où les contraintes sont essentiellement le résultat d'une courbure en opposition aux joints "fixes" dont la majorité des contributions provient de la contrainte de la membrane. Le procédé repose sur la définition d'un ratio de courbure qui représente la contribution fractionnaire de courbure à la contrainte globale.

                                    Figure 9: Analysis of seam welds

Figure 9: La contrainte de la surface supérieure est la combinaison de la contrainte de la membrane et de la courbure.

Le ratio de courbure est défini comme tel: 

                                                      

Dans la cas d'une charge complexe, le ratio de courbure est déterminé par une moyenne pondérée sur l'historique du temps de charge..

  • Propriétés des matériaux: La performance en fatigue des points de soudure est décrite par une double courbe S-N qui représente la résistance en fatigue d'une soudure sous une membrane pure (rigide) et les conditions de charge en flexion. Une interpolation est réalisée entre les courbes basées sur le ratio de courbure et chaque point de calcul. La courbe la plus pessimiste (ou rigide) est utilisée jusqu'à ce que le ratio de courbure dépasse un certain seuil, et par la suite ces courbes sont interpolées. Ces courbes S-N peuvent être génériques pour des aciers types, mais on peut obtenir des résultats plus précis si l'utilisateur dispose de données sur les matériaux spécifiques. Les courbes génériques livrées avec le logiciel sont optimisées pour les charges à amplitude variables.

Figure 10: Analysis of seam weldsFigure 10: Analysis of seam welds

Figure 10: Courbes génériques de soudure S-N et fonction d'interpolation

  • Effet sur la taille: il y a un effet sur la taille inclus, similaire dans son principe à celui dans BS7608 par exemple. Si une épaisseur de référence est dépassée, la résistance à la fatigue est réduite par un facteur:

                                             

Les valeurs typiques de l'épaisseur de référence et de l'exposant sont de 1 mm et 1/6.

  • L'effet moyen de la contrainte: Il existe une correction de la contrainte moyenne qui utilise l'approche FKM dans laquelle la sensibilité moyenne à la contrainte est définie en 4 régimes. Les effets des contraintes moyennes appliquées sont pensées pour être plus importants pour les fines structures que pour les structures épaisses; dans les fines structures, la contrainte résiduelle résultante du processus de soudure est susceptible d'être au moins partiellement soulagée par la distorsion.

                           Figure 11: Analysis of seam welds

DesignLife peut facilement être configuré pour simuler les effets de mise en service ou de charges d'essai sur les structures soudées. Figure 12 ci-dessous montre un simple “flow” calculant les dégâts en fatigue sur un bras de suspension arrière soudé en utilisant les méthodes BS7608 et “Volvo”. Notez que les résultats de calculs de cette fatigue (par exemple dommages ou durée de vie) peut être post-traitée sur les éléments adjacents à la soudure, permettant d'identifier plus facilement les points de rupture et la durée de vie de l'élément.

                                    Figure 12: Analysis of seam welds

Figure 12: Analyse en fatigue des soudures en utilisant l'approche "Volvo" et BS7608 dans nCode DesignLife.

L'une des questions clé pour quiconque tente une analyse en fatigue sur une structure soudée concerne la reprise des contraintes du modèle Element Fini. La méthode "Volvo" décrite dans la section précédente requière la contrainte structurelle (membrane ou courbure) au niveau de la base du point de soudure. La plupart des structures soudés automobiles seront modélisées avec des éléments de coque minces mais il existe une multitude de façon de calculer la contrainte, avec des variations en fonction de la formulation de l'élément.

Méthodes de modélisation et de récupération de contrainte sur Elément Fini - Coques minces

  • Utilisation de méthodes de récupération de contrainte classiques : la méthode Volvo nécessite des contraintes au bord des éléments, ce qui signifie qu'ils seront extrapolés à partir des points d'intégration. En raison des caractéristiques des cordons de soudure, la convergence de maillage n'est pas vraiment possible de sorte que les contraintes classiques noeud/élément ont tendance à être incompatibles et très sensibles à la densité, la qualité du maillage et de l'élément.
  • Basé sur les forces d'une grille de points: c'est la méthode originale proposée par Fermér et al en 1998 [11]. Cela a été affiné dans DesignLife de sorte que la contrainte structurelle sur le point milieu du bord de chaque élément de bout de soudure est déterminé en se basant sur les forces de la ligne et les moments à la base du point de soudure, comme illustré par la Figure 13.

 

                       

Figure 13: Calcul de la contrainte structurelle à la base du point de soudure à partir les lignes de forces et des moments.

  • Les lignes de force et les moments sont à leur tour calculés à partir des forces de point de grille dans les éléments de la base du point de soudure. Il n'y a rien de comparable à la méthode de maillage insensible appliquée à l'élément fini , mais cette approche montre une sensibilité considérablement réduite à la taille du maillage et de la forme de l'élément ou de la formulation, en particulier autour de la terminaison de la soudure.
  • Récupération de la contrainte CUBIC: pour les utilisateurs de NASTRAN, il y a une autre option qui procure des performance similaires à l'approche des forces sur point de grille. L'option de récupération de la contrainte CUBIC n'est pas basée sur l'extrapolation des points d'intégration, mais plutôt sur les déplacements relatifs et les rotations des noeuds. L'élément est utilisé plutôt comme une jauge de contrainte Rosette, avec des fonctions de déplacement cubiques à partir de déplacements et de rotations calculés pour déterminer les tensions et les contraintes dans les coins.
    Figure 14: Récupération de la contrainte basée sur les déplacements en utilisant la fonction déplacement de CUBIC.
    La méthode CUBIC n'est pas disponible dans la plupart des codes FE, mais pour les utilisateurs d'autres codes, il existe une option dans DesignLife qui peut interpréter une contrainte à partir de rotations et déplacements nodaux. Ceci donne des résultats très similaires à l'option NASTRAN CUBIC, mais ne fonctionne pas très bien avec les éléments déformés.

Méthodes de modélisation et de récupération de contrainte sur Elément Fini - Elements solides

Cependant, il existe des structures qui ne peuvent être adéquatement modélisées avec des éléments de coque mince et nécessitent des modèles solides plus détaillés. Le but n'est pas de savoir si la structure est fine ou épaisse , mais plutôt de s'attarder sur sa forme (en particulier si il y a des caractéristiques géométriques sur une échelle semblable à l'épaisseur de tôle) contredisant les hypothèses de base associées à des éléments de coque mince. Par exemple, dans l'échantillon de tube en T de 6mm de l'étude TWI [9] illustré par la Figure 15, la proximité de la soudure vers le coin horizontal du tube signifie que cette zone ne peut pas être représentée proprement avec des éléments de coque fine.

                                                 Figure 15: Analysis of seam welds

                                                  Figure 15: Echantillon de tube T de TWI

Le problème est alors de déterminer une contrainte structurelle d'une répartition de contraintes non linéaires à travers un modèle solide. La méthode implémentée dans DesignLife est similaire dans son principe à celle décrite par Niemi dans la Référence [16]. Dans cette approche, la répartition de la contrainte à travers l'épaisseur de la structure adjacente à une soudure est divisée en membranes, pics de répartition de contrainte de courbures linéaires et non-linéaires, comme illustré dans la Figure 16.

                              

          Figure 16: Distribution de la contrainte totale partitionnée à la base de la soudure.

La contrainte de la membrane est simplement la contrainte moyenne à la base de la soudure, alors que le composant de courbure est choisi de façon à ce que le reste (la contrainte de pic non-linéaire) soit en équilibre. La contrainte structurelle est alors la somme des composants de la membrane et de la courbure. Une approche similaire est décrite dans le code de cuves sous pression ASME [2]. Dans DesignLife, les composants de la membrane et de la courbure sont déterminés par l'épaisseur grâce à l'intégration des contraintes le long d'une ligne projetée vers le bas de la base du cordon:

                              

Cette méthode fournit un procédé relativement fiable pour déterminer la contrainte structurelle. Un exemple est illustré Figure 17. Voici un détail de soudure qui a été modélisé en tétraèdres et hexaèdres. En raison de la singularité de la contrainte, les pics de contrainte sont très dépendants du maillage (et en fait dénué de sens par la suite); le pic de contrainte du maillage tétraèdrique à partir du 10ème noeud est de 1612 MPa comparé à 695 MPa du maillage héxahedrique. Les pics de contraintes linéarisés d'autre part, comme déterminé par DesignLife, se comparent très bien à 569 MPa et 553 MPa. En général, les résultats sont très bons dès l'instant qu'il y a au moins 3 couches de matière solide à travers l'épaisseur.

                              

Figure 17: Comparaison de pics de contrainte locaux FE (gauche) et linéarisés (droite).

La méthode d'intégration à travers l'épaisseur requière une série de points à définir le long de la base de la soudure, avec une surface normale et d'un autre vecteur pour déterminer l'orientation de la soudure. Ces points peuvent être définis et importés en utilisant un fichier ASCII. En ce moment, nous sommes en discussion avec différents fournisseurs CAE pour créer ces outils d'écriture de ces fichiers.

En plus de la prédiction de casse à partir de la base de la soudure, le procédé peut être utilisé pour d'autres applications, par exemple détecter des fissures à racine de la soudure, comme illustré par la Figure 18.

Figure 18: Analysis of seam weldsFigure 18: Analysis of seam welds

Figure 18: Définition d'un point de calcul à la base de la soudure (gauche) et des chemins de casse alternatifs (droite).

Validation/exemples

Pour une évaluation indépendante de la méthode Volvo, validée malgré les test réalisés sur une grande variété de géométries de soudures et d'épaisseur de tôle, voir la référence [15].

Les exemples suivants sont basés sur les données de test d'une grande variété de géométries publiés dans Reference[9]. Chaque géométrie fut modélisée en utilisant les éléments solides, puis ensuite analysés avec DesignLife en utilisant l'intégration par le biais d'épaisseur pour récupérer la contrainte en conjonction avec la méthode Volvo, en utilisant les courbes génériques de soudures S-N à partir de la base de données de DesignLife. Tous les échantillons ont été construits à partir de plaques de 6mm.

Le premier exemple est basé sur un échantillon de Tube en T illustré par la Figure 15. Celui-ci a été soumis à une flexion dans le plan et hors plan, comme illustré par la Figure 19.

                              

               Figure 19: 2chantillon de T-tube soumis à une charge horizontale et latérale.

L'échantillon a été modélisé en utilisant des éléments tétraédriques, avec des points de calculs définis au niveau de la base des points de soudure dans les sections verticales et horizontales de l'échantillon comme illustré Figure 20.

          Figure 19: Analysis of seam weldsFigure 20: Analysis of seam welds

Figure 20:  Maillage de l'Elément Fini T-tube, et chemins d'intégration pour les contraintes structurelles de la soudure.

La corrélation entre les emplacements des cassures prédites et cassures actuelles et la durée de vie pour une paire de cas de charges est illustrée Figures 21 et 22. Notez que le critère de casse dans le cas de la méthode "Volvo" est la présence d'une cassure visible.

          Figure 21: Analysis of seam weldsFigure 21: Analysis of seam welds

Figure 21: Flexion dans le plan. Durée de vie prédite = 26000 cycles. TDurée du test = 15mm cassure à 71000 cycles.

          Figure 22: Analysis of seam weldsFigure 22: Analysis of seam welds

Figure 22: Flexion hors-plan. Durée de vie prédite = 44000 cycles. Cassures observées en "A" à 47000 cycles.

D'autres cas de validation ont été effectués sur des échantillons ayant différents types de fixation soudée. Les résultats sont résumés sur les Figures 23-25.

                              

          Figure 23: Corrélation des essais d'analyse. Fixation tubulaire soudée.

                              

          Figure 24: Corrélation des essais d'analyse. Fixation courte soudée.

                              

Figure 25: Corrélation des essais d'analyse. Fixation soudée avec une pénétration partielle.

Les exemples décrits montrent une bonne corrélation de la durée de vie prévue et de l'emplacement de la casse.

Conclusions

nCode DesignLife fournit un ensemble d'outils flexibles et performants pour l'analyse des structures soudées. Ces outils permettent d'effectuer des calculs:

  • Selon les normes existantes telles que BS7608, ASME et Eurocode 3 ou en utilisant la méthode “Volvo” pour lequel le logiciel est bien connu
  • Basés sur les modèles de coque ou éléments solides
  • Basés sur les contraintes FE normales, ou les contraintes structurelles dérivées des forces du point de grille, les contraintes CUBIC ou au travers l'intégration d'épaisseur
  • Prenant en compte les effets des différents types de charge, l'épaisseur de la plaque et le cas échéant, les contraintes moyennes et petits cycles
  • Utilisant les courbes S-N standard, génériques ou définies par l'utilisateur
  • Applicable à une large gamme d'épaisseur de tôles.

Ces méthodes sont toutes disponibles et facile d'utilisation dans nCode DesignLife’s, axé sur les processus de l'interface utilisateur.