Assemblages structuraux des convertisseurs de core.ac.uk/download/pdf/  · assemblages collés en fonction

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  • TTHHSSEE

    En vue de lobtention du

    DOCTORAT DE LUNIVERSIT DE TOULOUSE

    Dlivr par : Institut National Polytechnique de Toulouse

    Discipline ou spcialit : Mcanique

    Prsente et soutenue par : ALI Mohamad

    Le 15 Mai 2009

    Titre : Assemblages structuraux des convertisseurs de puissance

    Jury

    M. HABAS Jean-Pierre Matre de confrences HDR l'Universit de Pau Rapporteur

    M. GERARD Alain Professeur des universits l'universit de Bordeaux Rapporteur

    M. MORY Mathieu Professeur des universits l'ENSGTI Pau Membre

    M. PUEL Bernard Chef de service conception Industrielle ALSTOM Transport Membre

    M. KARAMA Moussa Professeur des universits l'ENIT Directeur de Thse

    M. LORRAIN Bernard Matre de confrences l'ENIT Co-Encadrant

    M. EVIEUX Jrme Responsable Mtier Industrialisation Avance ALSTOM Transport Invit

    M. CHAMIELEC Olivier Chef de Groupe Conception Industrielle ALSTOM Transport Invit

    Ecole doctorale : Mcanique, Energtique, Gnie civil et Procds (MEGeP)

    Unit de recherche : Laboratoire Gnie de Production de l'Ecole Nationale d'Ingnieurs de Tarbes

    Directeur de thse : KARAMA Moussa

  • Remerciements

    Ce travail a t ralis dans le cadre dune convention CIFRE liant la socit ALSTOM

    Transport de Smac (65) et le Laboratoire Gnie de Production (LGP) de lEcole Nationale

    dIngnieurs de Tarbes. (ENIT).

    Je tiens remercier Monsieur Bernard PUEL, chef de service conception Industrielle

    ALSTOM Transport et qui est lorigine de cette tude, pour sa prcieuse collaboration la

    ralisation de ce travail.

    Jadresse ma profonde reconnaissance aux Professeurs Jacques Alain PETIT et Daniel

    NOYES, respectivement Directeur de lENIT et Directeur du LGP, pour mavoir accueilli au

    sein de leur structure.

    Je remercie vivement mon directeur de thse Moussa KARAMA Professeur et Directeur

    de la Recherche lENIT, pour son aide, son soutien et pour la grande confiance quil ma

    accorde.

    Je tiens exprimer toute ma gratitude mon co-encadrant Bernard LORRAIN Matre de

    Confrences lENIT, pour son aide et ses conseils si prcieux, sa disponibilit tout au long de

    ces travaux. Je le remercie tout particulirement pour son aide la mise en place et la

    ralisation des essais.

    Mes plus sincres remerciements vont Messieurs Jean Pierre HABAS, Matre de

    confrences HDR luniversit de PAU et des Pays de lAdour, et Alain GERARD Professeur

    luniversit de Bordeaux, qui m'ont fait l'honneur d'tre les rapporteurs de cette thse. Ainsi qu

    Monsieur le Professeur Mathieu MORY de luniversit de PAU et des Pays de lAdour et

    Messieurs Jrme EVIEUX et Olivier CHAMIELEC de la socit ALSTOM Transport qui ont

    accept de participer mon jury de soutenance.

    Jadresse mes plus vifs remerciements dune part Madame Valrie NASSIET Matre de

    confrences au LGP de lENIT pour sa disponibilit et le temps quelle ma consacr ainsi que

    pour ses conseils et son aide prcieuse et profitable. Je remercie dautre part toutes les personnes

    du LGP ainsi que lquipe de latelier de lENIT qui mont aid raliser les travaux de ma

    thse.

    Toute ma reconnaissance va ma famille, et, plus particulirement ma femme et ma

    mre qui par leur prsence et leur soutien mont aid achever mes tudes.

  • Rsum

    Laccroissement des performances des quipements de Traction ferroviaire, reposait

    essentiellement jusqu maintenant, sur lintgration des innovations dans le domaine des

    composants lectriques et des matriaux dilectriques mais la standardisation de sous-ensembles

    rutilisables nous conduit reconsidrer les assemblages structuraux des coffres de traction

    (convertisseurs de puissance).

    Ces coffres de traction sont assembls actuellement avec des lments de fixation mcanique

    (boulon, rivet), le but est donc damliorer la connaissance des comportements mcaniques de

    ces types dassemblages travers dune tude exprimentale base sur des essais statiques et

    dynamiques sur des joints boulonns et rivets. Ces essais nous ont permis de valider des

    modles numriques par des lments finis en utilisant les codes de calcul ABAQUS et ANSYS.

    La deuxime partie de la thse concerne les assemblages par collage structural. Nous avons

    tudi la possibilit de remplacer les assemblages mcaniques classiques par lassemblage par

    collage structural. La premire phase de notre travail a t de recenser et slectionner des

    adhsifs structuraux susceptibles de rpondre notre cahier de charge. Dans cette partie les

    travaux suivants ont t raliss :

    Etude des comportements des adhsifs en tant que matriau, ce qui a ncessit de raliser des prouvettes massiques.

    Ralisation dessais exprimentaux en statique et en dynamique sur des joints colls avec ladhsif slectionn.

    Cration des modles numriques non linaires en 3D sur ABAQUS pour les joints colls.

    Etude hygrothermique acclre afin dtudier leffet du vieillissement sur les assemblages colls en fonction de lhumidit et de la temprature.

    Mots cls : assemblages structuraux, assemblages boulonns, assemblages rivets,

    collage structural, joints colls, vieillissements hygrothermiques.

  • Sommaire

  • Introduction gnrale .................................................................................................................... 1

    Chapitre I : Techniques dassemblages et caractrisations ...................................................... 7

    I-1 Introduction ........................................................................................................................... 9

    I-2 Historique sur les assemblages ferroviaires .......................................................................... 9

    I-3 Les technologies dassemblages utilises par ALSTOM Transport ................................... 11

    I-4 Assemblage ponctuel par lments de fixation mcanique ........................................... 11

    I-4-1 Types dlments de fixation et domaines dapplication ............................................ 12

    I-4-2 tudes ralises dans le domaine des assemblages mcaniques ................................. 14

    I-4-2.1 Transfert de charge ......................................................................................... 14

    I-4-2.2 Investigations sur la flexibilit des fixations .................................................. 16

    I-4-3.3 Synthse .......................................................................................................... 19

    I-4-3 Mthodes pour calculer le transfert de charge des assemblages en multi-fixation ..... 19

    I-4-3.1 Dfinition ........................................................................................................ 20

    I-4-3.2 Approche par rcurrence ................................................................................ 20

    I-4-3.3 Approche par analogie lectrique ................................................................... 21

    I-4-4 Rupture ........................................................................................................................ 22

    I-4-4.1 Modes de rupture ............................................................................................ 22

    I-4-4.2 Concentration de contraintes .......................................................................... 24

    I-4-5 Essais mcaniques sur des joints boulonns ou rivets .............................................. 25

    I-4-5.1 Sollicitation en cisaillement ........................................................................... 25

    I-4-5.2 Sollicitation en traction .................................................................................. 27

    I-4-6 Modlisation numrique des fixations ........................................................................ 27

    I-4-6.1 Modle ressort ................................................................................................ 27

    I-4-6.2 Modle poutre unique ..................................................................................... 28

    I-4-6.3 Modle coque et poutre .................................................................................. 28

    I-4-6.4 Modle complet .............................................................................................. 29

    I-5 Assemblage continu par collage structural .................................................................... 29

    I-5-1 Introduction ................................................................................................................. 29

    I-5-2 Les mcanismes du collage et les modles de ladhsion .......................................... 30

    I-5-2.1 Principe de ladhsion .................................................................................... 30

    I-5-2.2 Modles de ladhsion .................................................................................... 31

  • Modle de la liaison chimique ........................................................................ 31

    Modle mcanique.......................................................................................... 32

    Modle thermodynamique - Notion de mouillage ......................................... 33