Contraintes structurales et dimensionnement en fatigue de jonctions tubulaires soudées

Structural stress analysis and fatigue assessment of tubular welded joints

¹ LBMS, ENSTA Bretagne, 2 rue François Verny, 29860 Brest Cedex 09, France
² Faculty of Mechanical & Electrical Engineering, Damascus University, PO Box 14300, Damascus, Syria
³ LEM3, Ile du Saulcy, 57045 Metz Cedex 01, France

^a Auteur pour correspondance : david.thevenet@ensta-bretagne.fr

Reçu : 20 Juillet 2011
Accepté : 5 Février 2013

Résumé

Les jonctions tubulaires, fréquemment employées dans l’industrie offshore, sont soumises en service à des contraintes résultant de chargements élémentaires de traction-compression, flexion dans le plan et flexion hors plan. Ce travail porte sur l’analyse des recommandations classiquement utilisées pour le dimensionnement en fatigue des jonctions soudées lors de l’application de sollicitations combinées. Plus particulièrement, il a porté sur l’étude du comportement en fatigue d’une jonction soudée en T soumise à un chargement de type flexion déviée. Tout d’abord, sur le plan numérique, par la réalisation d’un modèle éléments-finis et la mise en œuvre de méthodes telles que celle proposée par l’IIS, puis, sur le plan expérimental, à travers la réalisation d’essais de fatigue sur ce type de jonctions. Les comparaisons essais/calculs ont montré que l’application de ce type de recommandations ne s’avérait pas systématiquement sécuritaire. Aussi, une démarche visant à prendre en compte le caractère multiaxial des contraintes en pied de cordon de soudure a été mise en œuvre afin de compléter les recommandations visant au dimensionnement des jonctions tubulaires soudées.

Abstract

The tubular joints, frequently employed in offshore industry, are submitted to stresses resulting from elementary loadings: tension/compression, in plane bending and out-of-plane bending. This work concerns the analysis of the recommendations, commonly used for fatigue design of welded joints submitted to combined loadings. Particularly, it deals with the fatigue behavior of T-joints submitted to deviated-bending. Firstly, a finite element analysis was developed and a post-treatment based on the structural stress approach, as proposed by the International Institute of Welding (IIW), was applied. Then, fatigue tests were conducted on T-joints. Comparisons between experimental and numerical results showed that this kind of recommendations is not systematically conservative. So, an approach taking into account the multi-axial state of stresses in the weld toe was developed in order to complete the recommendations for fatigue design of tubular welded joints.