Durability of bonded fasteners under creep loads for marine applications
Durabilité de connecteurs collés soumis à des sollicitations de fluage pour des applications navales
Résumé
In a context of sobriety, it is necessary to extend the lifespan of existing structures to limit energy and resources consumption. They must also be adapted to new constraints unanticipated at their initial design. In these situations, structural reinforcement and fastening solutions are needed. In the case of metallic structures, most of these solutions rely on classic assembly techniques, such as welding, riveting, and drilling. These methods have a wide range of feedbacks but induce damage in the structure and can require hot work. To address this issue, Cold Pad has developed a bonded fastener C-Claw™ whose creates new anchor points on an existing structure. The durability of an assembly must be studied according to several aspects, including environmental (humidity, temperature, …) and mechanics (fatigue, creep, …) effects that can be combined. Regarding this issue, creep seems to be the main phenomena that needs to be considered during the design of the bonded fastener C-Claw™.This thesis work aims at understanding creep of bonded assemblies and to study different design strategies regarding creep phenomenon. A literature review enabled to establish an assessment of knowledge of the creep phenomenon on bonded assemblies. This study justified the followed approach to analyse the behaviour of bonded assemblies. A first design strategy relies on experimental investigations carried out on the bonded fasteners C-Claw™. An inverse identification method was developed to determine the creep parameters of the assembly, then applied to all the tests on bonded fasteners. This approach at the structure scale was compared to a creep analysis on adhesive joints. To perform experimental investigations, specific testing adapted to the Arcan TCS test resources were designed. The influence of several parameters on the creep behaviour of the adhesive joint was studied. This analysis allowed to model the creep behaviour of the adhesive joint considering the more relevant parameters, first with a uniaxial approach,then multiaxial. Then, the different studied strategies of design regarding creep were evaluated. The confrontation of the two strategies highlighted a divergence of the results, raising several prospects.
Dans un contexte de sobriété, il est nécessaire de prolonger la durée de vie des structures existantes pour limiter la consommation d’énergie et de ressources. Elles doivent également pouvoir s’adapter à de nouvelles contraintes non prévues lors de leur dimensionnement initial. Dans ces deux situations, les maîtres d’ouvrage ont besoin de solutions de renforcement structurel ou de fixation. Dans le cas des structures métalliques, la plupart de ces solutions reposent sur des techniques d’assemblage classiques, i.e., le soudage, le rivetage ou le perçage. Ces méthodes disposent d’un retour d’expérience conséquent, mais impliquent des travaux invasifs et parfois à chaud. Pour répondre à ce problème, Cold Pad a développé un connecteur C-Claw™ assemblé par collage qui permet de créer de nouveaux points d’ancrage sur une structure. La durabilité d’un assemblage doit être étudiée selon plusieurs aspects, notamment environnemental (humidité, température, …) et mécanique (fatigue, fluage, …) dont les effets peuvent être combinés. Vis-à-vis de cette problématique, le fluage semble être le phénomène principal à étudier lors de la conception du connecteur collé C-Claw™. Les travaux de cette thèse ont pour objectif de mieux appréhender le fluage des assemblages collés et d’étudier différentes stratégies de dimensionnement vis-à-vis de ce phénomène. Une étude bibliographique a permis d’établir un bilan sur les connaissances du fluage des assemblages collés. L’ensemble de cet état de l’art a justifié la démarche à suivre pour analyser le comportement des connecteurs collés. Une première stratégie de dimensionnement repose sur des essais réalisés avec les connecteurs collés C-Claw™. Une méthode d’identification inverse spécifique a été développée pour déterminer les paramètres de fluage de l’assemblage, puis appliquée à l’ensemble des essais sur connecteurs. Cette approche à l’échelle de la structure a été comparée à une analyse en fluage à l’échelle du joint de colle. Pour cela des moyens d’essais spécifiques à l’essai Arcan TCS en fluage ont été conçus. L’influence de plusieurs paramètres sur le comportement en fluage du joint de colle a été étudiée grâce à ces moyens d’essais. Cette analyse a permis de modéliser le comportement en fluage du joint de colle en considérant les paramètres les plus pertinents, d’abord selon une approche uniaxiale, puis multiaxiale. Enfin, les différentes stratégies étudiées de conception vis-à-vis du fluage seront évaluées. La confrontation des deux stratégies a mis en évidence une divergence des résultats, soulevant plusieurs perspectives d’étude.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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