Validation par calcul de la conception d’un réservoir avant production

La société Sirech Hostier a souhaité valider la conception d’un nouveau réservoir RH605-1 par calcul dans le cadre de son développement .

Analyse modale du réservoir

L’analyse modale est une technique d’analyse de la structure qui permet de déterminer les fréquences naturelles et les modes de vibration d’un objet. Cette analyse est utile dans la conception de réservoirs et d’autres structures, car elle permet de s’assurer que la structure ne vibrera pas de manière excessive ou dangereuse sous l’effet des charges dynamiques.

Voici les étapes générales de l’analyse modale d’un réservoir :

• Modélisation de la géométrie du réservoir : Tout d’abord, le réservoir doit être modélisé numériquement à l’aide d’un logiciel de simulation. La géométrie du réservoir est représentée à l’aide d’éléments finis, qui sont des éléments de forme simple (tels que des triangles ou des quadrilatères) qui sont assemblés pour former une représentation numérique de la structure.
• Définition des conditions aux limites : Ensuite, les conditions aux limites du réservoir sont définies. Cela inclut les conditions de fixation (qui fixent le réservoir dans l’espace), les conditions de charge (qui représentent les forces qui agissent sur le réservoir) et les conditions de fluides (qui représentent les interactions avec le liquide ou le gaz contenu dans le réservoir).
• Calcul des fréquences naturelles : Une fois que le modèle est créé et les conditions aux limites sont définies, les fréquences naturelles du réservoir peuvent être calculées. Ces fréquences représentent les modes de vibration propres de la structure, c’est-à-dire les vibrations qui se produiraient si la structure était excitée sans aucune source de vibration externe.
• Analyse des modes de vibration : Les modes de vibration sont représentés sous forme de vecteurs qui indiquent les directions et les amplitudes de déplacement de la structure pour chaque fréquence naturelle. L’analyse des modes de vibration permet de comprendre comment le réservoir vibrera sous l’effet de différentes sources de vibration externes.
• Vérification de la conception : Enfin, les résultats de l’analyse modale peuvent être utilisés pour vérifier la conception du réservoir. Si les fréquences naturelles du réservoir se situent dans des plages de fréquences de vibrations potentielles externes, il est possible que des problèmes de vibration se produisent. Dans ce cas, des modifications de la conception peuvent être nécessaires pour réduire les vibrations et garantir la sécurité et la fiabilité de la structure.

Analyse statique

L’analyse statique est une autre technique d’analyse de la structure qui permet de déterminer les déformations et les contraintes dans un objet sous l’effet de charges statiques (c’est-à-dire des charges qui ne varient pas avec le temps). Cette analyse est également utile dans la conception de réservoirs et d’autres structures, car elle permet de s’assurer que la structure ne subira pas de déformations ou de contraintes excessives sous l’effet des charges statiques.

Voici les étapes générales de l’analyse statique d’un réservoir :

• Modélisation de la géométrie du réservoir : Comme pour l’analyse modale, le réservoir doit être modélisé numériquement à l’aide d’un logiciel de simulation. La géométrie du réservoir est représentée à l’aide d’éléments finis, qui sont assemblés pour former une représentation numérique de la structure.
• Définition des conditions aux limites : Les conditions aux limites du réservoir doivent être définies. Cela inclut les conditions de fixation, les conditions de charge et les conditions de fluides.
• Calcul des déformations : Une fois que le modèle est créé et les conditions aux limites sont définies, les déformations du réservoir peuvent être calculées. Les déformations représentent les changements de forme de la structure sous l’effet des charges statiques.
• Calcul des contraintes : Les contraintes dans le réservoir peuvent également être calculées à partir des déformations. Les contraintes représentent les forces internes qui sont créées dans la structure en réponse aux charges statiques.
• Vérification de la conception : Les résultats de l’analyse statique peuvent être utilisés pour vérifier la conception du réservoir. Si les déformations ou les contraintes dans le réservoir sont trop élevées, des modifications de la conception peuvent être nécessaires pour renforcer la structure et garantir la sécurité et la fiabilité de la structure.

Analyse de réponse dynamique

L’analyse de réponse dynamique est une technique d’analyse de la structure qui permet de déterminer la réponse de la structure sous l’effet de charges dynamiques, c’est-à-dire des charges qui varient avec le temps. Cette analyse est également utile dans la conception de réservoirs et d’autres structures, car elle permet de s’assurer que la structure ne subira pas de déformations ou de contraintes excessives sous l’effet de charges dynamiques telles que les tremblements de terre, les vagues ou le vent.

Voici les étapes générales de l’analyse de réponse dynamique d’un réservoir :

• Modélisation de la géométrie du réservoir : Comme pour les analyses modale et statique, le réservoir doit être modélisé numériquement à l’aide d’un logiciel de simulation. La géométrie du réservoir est représentée à l’aide d’éléments finis, qui sont assemblés pour former une représentation numérique de la structure.
• Définition des conditions aux limites : Les conditions aux limites du réservoir doivent être définies. Cela inclut les conditions de fixation, les conditions de charge et les conditions de fluides.
• Définition des charges dynamiques : Les charges dynamiques qui affectent le réservoir doivent être définies. Ces charges peuvent inclure des tremblements de terre, des vagues ou le vent. Les charges sont généralement représentées sous forme de fonctions de force qui varient dans le temps.
• Calcul de la réponse dynamique : Une fois que le modèle est créé, les conditions aux limites sont définies et les charges dynamiques sont spécifiées, la réponse dynamique du réservoir peut être calculée. La réponse dynamique est la réponse de la structure sous l’effet des charges dynamiques. Elle peut inclure les déformations, les contraintes et les réactions de la structure.
• Vérification de la conception : Les résultats de l’analyse de réponse dynamique peuvent être utilisés pour vérifier la conception du réservoir. Si les déformations ou les contraintes dans le réservoir sont trop élevées sous l’effet des charges dynamiques, des modifications de la conception peuvent être nécessaires pour renforcer la structure et garantir la sécurité et la fiabilité de la structure.

Analyse détaillée en fatigue

L’analyse de fatigue est une technique d’analyse qui permet de prévoir la durée de vie d’un composant en fonction de la sollicitation cyclique qu’il subit. Dans le cas des réservoirs, l’analyse de fatigue est importante car ces équipements sont souvent soumis à des charges cycliques telles que les pressions internes, les variations de température ou les mouvements du fluide contenu.

Voici les étapes générales de l’analyse de fatigue d’un réservoir :

• Détermination des sollicitations cycliques : La première étape consiste à déterminer les sollicitations cycliques auxquelles le réservoir est soumis. Cela peut inclure des pressions internes, des variations de température, des mouvements du fluide contenu ou des vibrations.
• Définition des cycles de charge : Les sollicitations cycliques doivent être définies en termes de cycles de charge. Un cycle de charge est une séquence de sollicitations qui se répète dans le temps. Par exemple, un cycle de charge pour un réservoir peut être défini comme une séquence de pressions internes qui varient au cours du temps.
• Modélisation numérique du réservoir : Le réservoir doit être modélisé numériquement à l’aide d’un logiciel de simulation. La géométrie du réservoir est représentée à l’aide d’éléments finis, qui sont assemblés pour former une représentation numérique de la structure.
• Calcul de la contrainte locale : Pour chaque cycle de charge, la contrainte locale doit être calculée. La contrainte locale est la contrainte maximale subie par le matériau du réservoir pendant le cycle de charge. Elle est calculée à partir des résultats de la simulation numérique.
• Évaluation de la durée de vie : À partir des contraintes locales calculées pour chaque cycle de charge, la durée de vie du réservoir peut être estimée à l’aide de modèles de fatigue. Ces modèles prennent en compte les propriétés mécaniques du matériau du réservoir, ainsi que les sollicitations cycliques subies par le réservoir.
• Vérification de la conception : Les résultats de l’analyse de fatigue peuvent être utilisés pour vérifier la conception du réservoir. Si la durée de vie estimée est inférieure à la durée de vie souhaitée, des modifications de la conception peuvent être nécessaires pour renforcer la structure et garantir sa fiabilité dans le temps.

• Les contraintes en pleine peau résultant des chargements statiques ou dynamiques sont inférieures à la limite en fatigue du matériau. La structure est conçue de manière adéquate et qu’elle devrait être capable de résister aux sollicitations cycliques pendant toute sa durée de vie prévue.
• L’analyse en fatigue des joints de soudure les plus sensibles donne une durée de vie infinie dans ces zones. En outre, il sera également important de réaliser une inspection régulière des joints de soudure pour s’assurer qu’ils ne présentent pas de signes de dégradation ou de défauts qui pourraient affecter leur durée de vie.
• La conception du réservoir est validée. Il sera aussi recommandé de suivre les bonnes pratiques de conception, de fabrication, d’inspection et d’entretien pour s’assurer que la structure est suffisamment robuste et fiable pour sa fonction prévue.