Etude numérique de la rupture d'éléments de structures constituant des résevoirs sous chargement dynamique

La rupture de réservoirs métalliques sous pression est un phénomène complexe, dont la compréhension fine fait appel à une approche multidisciplinaire. En effet, lors de la rupture, une compétition s'établit entre l'ouverture des fissures de la paroi et la sortie du fluide dont la pression sert de moteur à cette ouverture. La présente étude s'est principalement focalisée sur les aspects mécaniques du problème, pour lesquels un certain nombre d'hypothèses théoriques et numériques ont été faites, et comparées avec des expériences afin de trouver un accord avec le phénomène étudié. Ainsi, le travail a notamment porté sur : 1- la recherche d'une loi de comportement adaptée à la réponse dynamique de la structure. A partir de résultats d'essais de traction quasi-statique et de chargement cyclique, plusieurs lois de comportement ont été analysées. La loi de Chaboche prenant en compte le comportement élastoviscoplastique du matériau s'est avérée la mieux adaptée à représenter le comportement dynamique du matériau ; 2- la définition du chargement auquel est soumis le système et sa possible interaction avec la structure. Pour l étude de ce dernier aspect, le recours à des chargements issus des expériences a été envisagé ; 3- le choix de critères de rupture, reposant sur des variables simples ou complexes ; 4- les choix numériques retenus pour la modélisation du système et du processus de rupture. Plusieurs modèles permettant de représenter la déformation et la rupture dynamique de plaques soumises à l'explosion ont ainsi été réalisés, et leur validité a été analysée par comparaison avec des résultats expérimentaux. Les données ainsi rassemblées ont permis d'entamer une réflexion sur le cas réel d'un réservoir.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Modeling of the large deformation and the rupture of a metallic plate subjected to explosion

International audienceThin walled metal pressure vessels or pipes commonly used in industry can burst under certain circumstances: as a result, the pressure envelope may undergo large deformations, which may eventually lead to a rupture. The response of these vessels to static and quasi-static loads is relatively well-understood but their response to highly dynamic pressure loading conditions is not. This paper describes a numerical study of the response of circular metal plates to the dynamic loads produced by hydrogen-oxygen explosions. In this study, a range of dynamic responses and rupture criteria models are considered and compared with the results of experiments. The ability of MSC MARC software to model the rupture phase and, in some cases, the post-rupture phase (i.e., fragment production) is also discussed

Modélisation numérique de la rupture de structures métalliques sous sollicitation dynamique

National audienceFew studies focus on the whole process of pressurised metallic containers as it involves several different fields (mechanics but also thermodynamics or fluid mechanics). Consequently, this paper aims at providing appropriate approaches for the modelling of a metallic plate submitted to dynamic solicitation. The modelling is developed with MSC MARC software: it is based on shell elements, elasto-viscoplastic and damage laws, and a depressurisatio depending on breach opening.L'éclatement de capacités métalliques sous pression peut se présenter sous forme de fuite, ou bien d'explosion avec la projection de fragments. Ce phénomène fait non seulement intervenir le domaine de la mécanique des solides mais aussi d'autres domaines tels que la mécanique des fluides et la thermodynamique. Cet article présente différentes approches et méthodes convenant pour chaque étape de la rupture de capacités métalliques sous pression. la modélisation a été réalisée à l'aide du logiciel MARC : celle-ci repose sur des éléments coques, une loi élasto-viscoplastique incluant de l'endommagement, et un écoulement dépendant de l'ouverture de la brèche

Numerical modeling of metallic systems submitted to dynamic solicitation

International audienc

Physics of steam explosion

Steam explosions result from the flash of liquid water into steam. The leading parameters that drive those physical explosions are phase change associated to kinetics. As a consequence, whereas in chemical explosions the expansion ratio is about 8, it can reach 1700 for steam explosions. Steam explosions embrace very different phenomena such as Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions (BLEVE) or Molten Material in contact With water (MMWW). BLEVE is an explosive vaporization that can happen if a pressure vessel containing water at a temperature above its atmospheric boiling point catastrophically fails. Fire, Pressure Relief Device (PRD) default,... are known to be possible causes of this catastrophic accident. Beyond overpressure effects, missiles and rockets can cause the most severe and distant damages. MMWW also relies on phase change but involves different circumstances. This latest phenomenon results from an almost instantaneous heat transfer from the molten material to the cold water causing explosive vapor generation. Although chemical reaction can play a role for some of the most reactive molten materials, it is widely accepted that its contribution is not required to explain the magnitude of the destructive steam explosion forces. MMWW is commonly divided into four successive steps: premixing of melt and coolant, triggering of the explosion, explosion propagation and finally work production. A steam film interface is formed when a hot material enters in contact with a coolant. The local film collapse is responsible for triggering the steam explosion through molten material fragmentation. Fragmentation offers a large heat exchange area to allow the instantaneous heat transfer to take place

Numerical modeling of dynamic rupture in metallic systems

International audienc

Modeling of damage in a circular plate subjected to dynamic excitation

International audienceSeveral different scientific fields are involved in the rupture of pressurized metallic vessels (mechanics but also thermodynamics, as well as fluid mechanics). Yet few studies hâve taken into account all of these aspects. Consequently a numerical study of a metallic plate subjected to dynamic loads is presented in this paper, as well as approaches related to rupture. The modeling is developed with MSC MARC software ; it is based on shell elements and elasto-viscoplastic laws including damage

Etude numérique de la rupture dynamique de structures métalliques

National audienceSeveral different fields are involved in rupture of pressurized metallic vessels (mechanics but also thermodynamics as well as fluid mechanics) but few studies take into account all of them. Consequently a numerical study of a metallic plate submitted to dynamic solicitation is presented in this paper, as well as approaches related to rupture. The modeling is developed with MSC MARC software: it is based on shell elements, elasto-viscoplastic and damage laws, and a depressurization depending on breach openingLa rupture de capacités métalliques sous pression peut se traduire par des fuites, des projectiles avec effet fusée, ou encore un éclatement avec projection de missiles. Ce phénomène implique plusieurs disciplines : mécanique des solides, mais aussi mécanique des fluides, et thermodynamique. Cet article présente différentes approches et méthodes concernant la rupture de structures métalliques. L'étude numérique, réalisée à l'aide du logiciel MSC MARC, porte sur la modélisation d'une plaque métallique sous sollicitation dynamique. La modélisation est basée sur des éléments coques, une loi élasto-viscoplastique permettant d'inclure de l'endommagement, et un écoulement dépendant de l'ouverture de la brèche

Metallic pressure vessels failures

International audienceFirst of all, this paper concentrates on the identification of possible explosion scenarios involving metallic vessels. Based on the review of scientific literature as well as internal work, an evaluation of the role of wall material is put forward. This work is supported by a summary of significant accident cases based on both recent INERIS experience and external sources. Given the importance of the vessel fallure mode during these accidents, this paper subsequently focuses on the mechanical modeling of tank fallure. This step consists in reviewing available models for metallic cracking and the way they handle with the phenomenon of fluid discharge

Etude numérique de la rupture dynamique de structures métalliques

National audienceSeveral different fields are involved in rupture of pressurized metallic vessels (mechanics but also thermodynamics as well as fluid mechanics) but few studies take into account all of them. Consequently a numerical study of a metallic plate submitted to dynamic solicitation is presented in this paper, as well as approaches related to rupture. The modeling is developed with MSC MARC software: it is based on shell elements, elasto-viscoplastic and damage laws, and a depressurization depending on breach openingLa rupture de capacités métalliques sous pression peut se traduire par des fuites, des projectiles avec effet fusée, ou encore un éclatement avec projection de missiles. Ce phénomène implique plusieurs disciplines : mécanique des solides, mais aussi mécanique des fluides, et thermodynamique. Cet article présente différentes approches et méthodes concernant la rupture de structures métalliques. L'étude numérique, réalisée à l'aide du logiciel MSC MARC, porte sur la modélisation d'une plaque métallique sous sollicitation dynamique. La modélisation est basée sur des éléments coques, une loi élasto-viscoplastique permettant d'inclure de l'endommagement, et un écoulement dépendant de l'ouverture de la brèche