Assessment of Strand Damage under Combined Degradation Modes

This paper deals with the influence of broken wires and the combination of broken wires and corrosion on the damage of constitutive strands of a wire rope. It was set that the damage is linear with broken wires. In the case of combined damage, after the first stage where it is nearly linear, it becomes more aggressive in the progressive damage stage. The increment from the artificial damage is about 25%. The brutal damage beguines at 4/7 broken wire when damage is combined against a brutal damage limit at 5/7 broken wire for the artificial damage. The critical life time of the strands was established at 55% in the combined damage, at 60% in the artificial damage, and depending on the loading level, from 70% to 85% with the unified theory. Keywords: Wire rope, damage, reliability, corrosion, broken wire

Etude de comportement des fils du câble métallique (19*7) soumis à la corrosion par d'acide sulfurique

Les câbles métalliques sont très utilisés dans diverses applications industrielles tel que : les systèmes de levage, les lignes électriques, les ascenseurs, les ancrages de plates-formes off-shore, l'arrimage de bateaux, les ponts suspendus ou encore les structures précontraintes. Malgré, leurs caractéristiques principales: capacité de supporter une charge axiale importante ; raideurs de flexion et de torsion comparativement petites, les câbles en service sont sujet de plusieurs mécanismes de dégradation normaux ou anormaux qui peuvent se produire seuls ou en combinaison. Ainsi leurs ruptures par fissuration, déformation ou corrosion sont des problèmes très répondus. Pour comprendre profondément l'endommagement des câbles métalliques antigiratoires par les agressions de l'environnement industriel. Nous avons procédé à la détermination de la concentration critique de d'H2SO4 provoquant une dégradation accélérée de ses fils constitutifs, afin d'étudier leurs propriétés mécaniques à différents niveaux de corrosion

Damage analysis and mechanical behavior of the low voltage overhead power cables dedicated to distribution network

Since the onset of electrical systems, electrical cable was the first physical support for passing an electric current to flow. Until now, the power cable is still valid and has undergone intrinsic more severe modifications to adapt with the electrical and environmental constraints. However, mastering the reliability of overhead lines of electric power long distances through generally different parts of their relief (topography and altitude), climate (temperature, pressure, wind) their environment (industrial areas, coastal areas) has become increasingly important. Therefore, the equipment power transmissions are exposed to various constraints, among these, the degradation of connections and electrical aging weapons which are recognized as major factors causing the faults stored on airlines, and thus appear as very important factors in the quality and reliability energy transport. The purpose of our work is to optimize the control performance of the ducts from the overhead electrical distribution networks generally and especially aging degradation. For this we will look at details of the various mechanisms and processes involved in the thermal aging of solid insulation in general and in particular synthetic sheaths. We then discuss the experimental part includes the cable and used test devices and complete the study by discussing results

Corrosion’s impact on wire rope strand response – Comparison with a theoretical predictive model

In this work, we investigate the behavior of wire ropes subject to corrosion damage. The method is based on accelerated corrosion. Decreasing ultimate force and a loss in rigidity was observed from the static tensile tests made on the corroded strands. Otherwise, a predictive model was developed to evaluate the residual ultimate force at a time t in function of the initial diameter, the residual diameter at time t and the ultimate force of the original strand. Thus, experimental and predictive residual force curves are drawn in function of the strand’s fraction of life. From the good correspondence obtained, the proposed method can be applied by engineers to assess the possibility of maintaining structures using wire ropes in service. Indeed, when the applied force on the wire rope approaches its residual bearing force determined by a measure of the residual diameter, the wire rope removal is mandatory

Mechanical behavior of strands artificially damaged under static tensile tests

With their ability to support high axial loads with a low bending and torsional stiffness, wire ropes meet the requirements for lifting and pulling. Moreover, by their multicomponent composition, their use is safer than other structures like steel bars. Indeed, and as a result of friction forces between components, a wire rope with broken wire can recover its nominal load at the end of a length called recovery length. The standards EN 12385-3 and ISO 4309 specify under which conditions a cable with broken wire may be kept in service. In this context, this work aims to define the wire rope damage depending on the number of broken wires. We study the behavior of the constitutive strands of a wire rope of type 19 * 7 (1 * 7 + 6 * 7 + 12 * 7). A default is initiated on the samples of strand by cutting wires in the middle. The strand damage is calculated through different life time by an experimental method of residual forces, then by the unified theory developed by Bui-Quoc and al and finally by the linear Miner damage. Based on simple tensile test, this research allows us to establish the damage and reliability curves of the strands according to the fraction of life. Different damage stages with an experimental normalized method are established. Comparison were made between this method and the unified theory. The adjustment of the loading level gave good correspondence in damage function.In conclusion, the strand stays in the initiation damage stage until the second wire breaking. Then, it enters in the progressive damage stage. The limit of this stage is at the 5th wire's breaking

Étude de caractérisation des mécanismes d'endommagement en mode II dans un matériau composite fibres de verre-époxyde par suivi d'émission acoustique

La présente recherche concerne l'évaluation de l'émission acoustique comme méthode de contrôle non destructif de l'endommagement dans des éprouvettes en matériaux composites. L'émission acoustique associée à l'endommagement d'un composite fibres de verre-époxyde sollicité en flexion statique et dynamique est analysée afin de définir en temps réel une corrélation entre la résistance résiduelle et la durée de vie en fatigue du composite et la variation des paramètres acoustiques étudiés. Les dimensions des éprouvettes ainsi que la longueur de sollicitation existant entre l'encastrement et les supports d'application de la charge ont été calculées de façon à provoquer un délaminage en mode II. Un montage d'essai mécanique permettant d'effectuer soit un chargement statique ou cyclique en flexion sur une éprouvette doublement encastrée ("DCB") a été construit. Les résultats expérimentaux obtenus à partir d'un essai statique montrent que l'émission acoustique est une méthode très efficace pour détecter l'amorçage, suivre la croissance lente de l'endommagement dans le composite et de caractériser le délaminage correspondant à une rafale de salves d'émission acoustique. Les essais cycliques (pour R = -1, 0.1 et 0.4) permettent de construire les courbes de Woëhler S-N et de définir les limites d'endurance fixées au-delà de 106 cycles en utilisant uniquement les paramètres acoustiques comme les indicateurs de la croissance de l'endommagement dans le composite. Une équation constitutive décrivant le taux d'endommagement dans le composite soumis aux conditions expérimentales étudiées, est proposée. Basé sur la théorie du dommage non-linéaire proposée pour les matériaux isotropes, le modèle confirme que les paramètres acoustiques choisis pour la suivie d'endommagement dans le composite sont des indicateurs fiables pour prédire le délaminage en mode II. Une étude par éléments finis explique le phénomène de transfert des contraintes interlaminaires dans l'éprouvette stratifiée soumis au chargement en flexion. Les résultats de cette analyse ont permis de vérifier l'intensité des contraintes causant la rupture par délaminage en mode II et d'évaluer les valeurs relatives des contraintes mixtes (modes III, II, I). L'observation des défauts internes dans les éprouvettes endommagées par microscopie optique et électronique à balayage a permis de schématiser la progression des microfissures dans le composite. En outre, l'analyse microscopique a permis de corréler les zones de propagation avec l'émission acoustique et de comparer la sensitivité de cette technique et avec celle des ultrasons (C-Scan) pour détecter l'initiation des microfissures

Étude de caractérisation des mécanismes d'endommagement en mode II dans un matériau composite fibres de verre-époxyde par suivi d'émission acoustique

La présente recherche concerne l'évaluation de l'émission acoustique comme méthode de contrôle non destructif de l'endommagement dans des éprouvettes en matériaux composites. L'émission acoustique associée à l'endommagement d'un composite fibres de verre-époxyde sollicité en flexion statique et dynamique est analysée afin de définir en temps réel une corrélation entre la résistance résiduelle et la durée de vie en fatigue du composite et la variation des paramètres acoustiques étudiés. Les dimensions des éprouvettes ainsi que la longueur de sollicitation existant entre l'encastrement et les supports d'application de la charge ont été calculées de façon à provoquer un délaminage en mode II. Un montage d'essai mécanique permettant d'effectuer soit un chargement statique ou cyclique en flexion sur une éprouvette doublement encastrée ("DCB") a été construit. Les résultats expérimentaux obtenus à partir d'un essai statique montrent que l'émission acoustique est une méthode très efficace pour détecter l'amorçage, suivre la croissance lente de l'endommagement dans le composite et de caractériser le délaminage correspondant à une rafale de salves d'émission acoustique. Les essais cycliques (pour R = -1, 0.1 et 0.4) permettent de construire les courbes de Woëhler S-N et de définir les limites d'endurance fixées au-delà de 106 cycles en utilisant uniquement les paramètres acoustiques comme les indicateurs de la croissance de l'endommagement dans le composite. Une équation constitutive décrivant le taux d'endommagement dans le composite soumis aux conditions expérimentales étudiées, est proposée. Basé sur la théorie du dommage non-linéaire proposée pour les matériaux isotropes, le modèle confirme que les paramètres acoustiques choisis pour la suivie d'endommagement dans le composite sont des indicateurs fiables pour prédire le délaminage en mode II. Une étude par éléments finis explique le phénomène de transfert des contraintes interlaminaires dans l'éprouvette stratifiée soumis au chargement en flexion. Les résultats de cette analyse ont permis de vérifier l'intensité des contraintes causant la rupture par délaminage en mode II et d'évaluer les valeurs relatives des contraintes mixtes (modes III, II, I). L'observation des défauts internes dans les éprouvettes endommagées par microscopie optique et électronique à balayage a permis de schématiser la progression des microfissures dans le composite. En outre, l'analyse microscopique a permis de corréler les zones de propagation avec l'émission acoustique et de comparer la sensitivité de cette technique et avec celle des ultrasons (C-Scan) pour détecter l'initiation des microfissures