Littérature scientifique sur le sujet « Coques cylindriques »

The effects of geometrical imperfections on the critical load of elastic cylindrical shells when subjected to axial compression are studied through analytical modelling. In addition to distributed defects of both axisymmetric or asymmetric forms, emphasis is put on the more severe case of localized defects satisfying the axial symmetry. The Von Kármán – Donnell shell equations were used. The obtained results show that shell strength at buckling varies very much with the defect amplitude. These variations are not monotonic in general. They indicate however a clear reduction of the shell critical load for some defects revealed as the most dangerous ones. The proposed method does not consider the complete coupled situation that may arise from interactions between several localized defects. It facilitates nevertheless straightforward initializing of closer analyses if such couplings are to be taken into account by means of special numerical approaches, because it enables fast a priori selection of the most hazardous isolated defects.Key words: stability, buckling, imperfections, thin shells, silos, localized defects.

Ce travail montre comment l'homogeneisation permet de determiner la coque orthotrope equivalente a une coque cylindrique renforcee par un reseau orthogonal ou non de raidisseurs lorsque l'on considere celle-ci comme une coque epaisse non symetrique dont l'epaisseur varie periodiquement. Les resultats numeriques ainsi obtenus sont compares a ceux fournis par un calcul classique pour divers problemes types

Ce travail concerne la modélisation des plaques et coques cylindriques raidies. Le modèle élément fini de coque est développé dans une base curviligne et repose sur une théorie du premier ordre incluant les effets du cisaillement transversal. Il est obtenu par discrétisation de la fonctionnelle mixte d'Hellinger-Reissner avec satisfaction explicite de l'équilibre local (formulation mixte/hybride). Les raidisseurs sont modélisés par des éléments de poutres courbes utilisant les mêmes hypothèses de flexion/cisaillement avec torsion de Saint-Venant. Les matrices et vecteurs élémentaires sont également établis à partir d'une formulation hybride en contraintes. Un grand nombre de problèmes relatifs aux arcs, coques et plaques et coques raidies ont été traités pour évaluer les performances des modèles proposés. Ces problèmes concernent les structures homogènes et composites stratifiés et des comportements en statique, dynamique (vibrations libres) et flambement linéaire.

Ce travail de recherche, qui s'inscrit dans le cadre d'une action menée pour CNES/EADS, traite du comportement des structures coques cylindriques minces (R/t = 400), intérieurement pressurisées ou non, soumises à un chargement de flexion. Après une introduction du concept de stabilité d'équilibre, auquel il sera largement fait appel durant notre exposé, nous abordons dans une première partie les structures non pressurisées. Le cadre d'application de la théorie linéaire classique est précisé, ce qui nous permet d'examiner les causes possibles des écarts de comportement couramment observées expérimentale-ment entre des coques minces sous flexion ou sous compression axiale. La deuxième partie concerne les coques pressurisées. L'effet de la pression est considéré sous plusieurs angles différents. Nous étudions tout d'abord quelles sont les conséquences de celle-ci sur les défauts géométriques. Puis nous proposons une synthèse de nos observations expérimentales, afin de mettre en évidence l'évolution des charges de bifurcation avec la pression interne. Un troisième section de cette partie s'intéresse au comportement post-bifurcationnel d'une coque pressurisée en flexion, et nous montrons en particulier que la charge de col-lapse peut être significativement plus élevée que la charge de bifurcation, contrairement au cas d'une coque pressurisée sous compression axiale
The study deals with the behaviour of thin-walled cylindrical shells (R/t = 400), internally pressurized or not, submitted to a pure bending load. After a short overview allowing us introducing the mechanical concept or stability, we first examine unpressurized structures. Limits of the classical linear theory are investigated, and we scrutinize the various reasons that may explain the statistical gap between experimental results under a bending moment or pure compression. The second part concerns pressurized shells. The action of internal pressure is considered from various points of view. We examine its consequences on geometrical defects through experimental measurements, and then we precise the evolution of bifurcation loads related to the increasing of the pressure. The post-critical behaviour is then studied, and with the help of our experimental results, we show that the collapse load is significantly higher than the buckling load, which is not the case for pressurised shells under pure compression

Les structures minces soumises à un chargement sismique sont sensibles au flambage malgré le fait qu’elles soient dimensionnées correctement pour les chargements statiques vis-à-vis des règles actuelles. Cette étude est menée dans le but de répondre aux questions concernant l’effet d’un chargement dynamique de cisaillement sur des coques minces. Pour mener cette recherche nous utilisons deux approches : une étude expérimentale et des simulations éléments finis. Le premier chapitre est consacré à une recherche bibliographique dans le domaine de l’instabilité, traitée d’un point de vue statique ou dynamique et des précédentes recherches menées sur les coques minces soumises à un chargement, statique ou dynamique, de cisaillement. Le second chapitre décrit les moyens utilisés pour mener à bien cette étude. Nous présentons les spécimens testés ainsi que la machine d’essais spécialement conçue pour réaliser les essais statiques et dynamiques. Une présentation des techniques de calculs et des éléments employés lors de nos modélisations permet de conclure cette partie. Une analyse, expérimentale et numérique, du comportement statique de la coque sous un chargement de cisaillement monotone ou cycle alterné constitue la troisième partie de ce document. Un comportement élastique bilinéaire avec un post critique stable est mis en évidence, la faible sensibilité aux défauts géométriques initiaux est également soulignée. Cette analyse nous permet de valider nos résultats (machine d’essais, codes de calculs) par rapport aux recherches similaires, elle sert également de base de référence pour les essais dynamiques. Le dernier chapitre présente les résultats des essais et simulations numériques des tests de chargements dynamiques. Une analyse vibratoire, par calculs éléments finis, de la coque est d’abord effectuée afin de connaître l’influence des défauts initiaux et d’une charge de précontrainte sur la réponse vibratoire de la coque. La modification des modes propres de type coque et la baisse des fréquences associées sous l’effet d’une charge de cisaillement croissante sont démontrées. Ensuite une synthèse des résultats expérimentaux, pour divers niveaux de charge et des fréquences d’excitation différentes, permet d’apporter une réponse concernant la perte de stabilité de la coque sous un chargement dynamique de cisaillement. La mise en évidence expérimentale d’une résonance paramétrique, pour des niveaux de charge inférieurs à la charge critique statique, est confirmée par les simulations éléments finis effectuées avec les codes ABAQUS et INCA. Cette instabilité, résultant du couplage des modes de vibrations et du mode de flambage, est fonction du niveau de charge et de la fréquence du chargement par rapport à la fréquence propre de la coque
Thin-walled structures under seismic loading could exhibit bulking, even in the case of a correct static design in relationship with the design codes. The aim of our study is to answer questions about the effect of dynamic shear loading thin shells. Two approaches, experimental tests and finite elements simulations, are used in order to lead this goal. Chapter one is dedicate to a bibliographic research; static and dynamic instability are treat in point of view theoretical. Previous studies, regarding static and dynamic shear buckling, are also describe. The second chapter describes the tools used in this study. Experimental specimens and the special static and dynamic design machine test are presented; computational technique and finite element presentation end this part. Firstly a static analysis, with a comparison between experimental and numerical results, is done in order to have data before dynamic tests. Monotonous and cyclic tests are performed in order to underline the elastic bilinear and stable post critic behavior, the initial imperfection insensitivity is also showed. Dynamic tests and finite element simulations are presented in the last. A shell finite element vibration analysis is done in order to understand the initial imperfection and shear load effects. Then, the experimental results synthesis, for distinct load level and excitation frequencies, shows the occurrence of dynamic instability in the case of cylindrical thin shell under dynamic shear loading. Experimental parametric resonance, with load level inferior to static critical load, is bearded out by finite element simulations with the softwares ABAQUS and INCA. This instability, result of the buckling and vibration modes coupling, is function of the load level and the frequency excitation in relationship with the shell eigen frequency

De nos jours, les coques cylindriques offrent de multiples applications, tant dans le domaine des techniques avancées (l'aéronautique, le spatial, le nucléaire, etc. . . ), que tout simplement dans la vie courante. Pour ce, leur optimisation s'imposent, d'où une augmentation du risque d'instabilité (flambage). Sachant que la plupart des matériaux de construction (bétons, métaux, alliages, bois, résines, etc. . . ) présente un caractère visqueux, il importe alors d'étudier l'interaction qui existe entre le flambage et le phénomène de fluage. Actuellement, il est acquis qu'il existe une forte analogie entre le comportement d'une coque cylindrique en flambage élastique ou élasto-plastique et de fluage. Aussi, la charge critique de flambage instantané (élastique ou élasto-plastique) dépend étroitement de la présence des imperfections. Citons à titre d'exemple, les défauts géométriques, la variation des caractéristiques physiques du matériau et l'imperfection des conditions aux limites. Ainsi, il est donc nécessaire dans une étude de flambage par fluage, d'analyser les effets de l'interaction de ces paramètres et du fluage sur la durée de vie d'une telle structure. Notre travail vise à analyser au moyen d'expériences couplées aux calculs numériques, le phénomène de flambage par fluage dans les domaines visco-élastique et visco-élasto-plastique et à peser l'influence des paramètres cités ci-dessus sur la valeur du temps critique. Les résultats de cette analyse permettront, d'une part, de fournir une base de données utile à l'élaboration d'une règle de dimensionnement et d'autre part, moyennant un modèle simple, d'élaborer une formule analytique permettant d'obtenir la durée de vie d'une coque cylindrique sous une charge constante de pression latérale externe. Les spécimens étudiés sont des coques quasi-parfaites obtenues par électrodéposition de nickel (matériau "particulier" de laboratoire). Les conditions aux limites sont très proches de l'encastrement parfait, conditions retenues dans les calculs. Compte tenu du choix du matériau, notre travail a été réalisé à température ambiante. La méthodologie d'analyse reste valable pour l'étude d'autres coques, sous d'autres températures et quelque soit le type du matériau, à conditions qu'il soit sensible au fluage
[Owing that cylindrical shells are used in many areas (aeronautic, spatial, nuclear, etc. . . ) and in every day life, then, they must be more and more thin, therefore the risk of instability (buckling) is increased. Most of building materials (concretes, metals, wood, resins etc. . . ) presents a viscous character and it becomes important to study interaction between buckling and creep phenomenon ( creep buckling). Nowadays, a strong similarity between creep buckling behaviour and elastic or elastoplastic buckling behaviour of cylindrical shells is established. Critical load of instantaneous buckling ( elastic or elastoplastic buckling) depends; on the one hand, on the presence of initial geometrical imperfections and the kind of boundary conditions and, on the other hand, on the effects of geometrical and material non linearities. So, in a creep buckling study, it is important to analyse the effects of those parameters and creep on the life time of this kind of structure. The aim of this work is to analyse, by both experiments and numerical calculations, the creep buckling phenomenon and to appreciate the influence of the all above-mentioned parameters on the critical time value. The test and numerical results constitute a data base, used in the establishment of design code and of the formula which allow to obtain the critical time of cylindrical shell under constant lateral external pressure. The studied specimens are quasi-perfect circular cylindrical shells, made by nickel electroplating. Because each specimen presented at each edge an infinitely rigid flange, integral with the shell, the experimental boundary conditions are considered as ideal embedding conditions for the calculations. Experiments are realised at room temperature. The same reasoning can be applied to other shells made up of other materials which are sensitive to creep and tested under other temperatures. ]

Dans le domaine de l'aéronautique, du nucléaire, du génie civil, etc. . . Les grandes constructions telles que les cuves des réacteurs nucléaires etc·. . Sont souvent réalisées par assemblage de plusieurs panneaux soudés entre eux. Ces soudures peuvent présenter accidentellement des amorces de fissures. La résistance de ces structures souvent très minces qui est limitée par le phénomène d1 instabilité peut-être réduit par la présence des amorces de fissure. Le présent travail est une contribution à la compréhension du comportement au flambage de telles structures. Il traite du flambage des coques cylindriques sous pression latérale externe. L'analyse qui est expérimentale est confrontée à une modélisation numérique. L'étude est effectuée en deux parties : -la première est consacrée à l'étude des coques sans fissures. Nous y constituons les données de base nécessaire à analyse de l 1 influence d1 une fissure sur le comportement de la coque. Nous déterminons également par calcul l'influence des paramètres autres que les fissures tels que les imperfections géométriques, les conditions aux limites. Enfin, nous en déduisons une méthodologie de calcul numérique applicable aux coques avec fissures – la deuxième partie est consacrée à l'étude des coques fissurées. Nous analysons l'influence de plusieurs paramètres de fissure, tels que la longueur, l'orientation, le nombre et la position de la fissure par rapport à la soudure. L'application de la méthodologie numérique mise en place dans la première partie donne une bonne approximation des essais
In many areas of applied science, large thin-walled structural panels are increasingly becoming characteristic architectural features. Box-girder bridge decks and nuclear reactor vessels, for instance, are made up of several thin walled steel panels welded together. Instability and buckling present over-riding constraints on the design process. In addition, the presence of joints which are very often the origin of surface fissures poses increasing dangers on the overall stability of these structures. The work presented here is a study of the buckling behaviour of cylindrical shells with in-depth cracks under external lateral pressure. Essentially, the work is divided up into two major parts : the first involves data collection on the buckling behaviour of cylindrical shells without fissures. This information constitutes the common ground for studying their influence on the buckling behaviour. Furthermore, an analytical method is used to determine the effect of geometrical imperfection and boundary conditions on the buckling load. Finally, a numerical procedure applicable to the analysis of such structures with in-depth cracks is established. The second part focuses on experimental tests on shells with such fissures as a function of their population, orientation, length and position with respect to weld or joint. The values obtained are compared with those obtained numerically in part one and the agreement is found to be good