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cisaillement et flexion d'une tuyauterie



  1. #1
    ahotep

    cisaillement et flexion d'une tuyauterie


    ------

    Bonjour à tous !!

    Imaginez une tuyauterie d'un diamètre de 800 mm, de 5 mm d'épaisseur et de 7410 mm de long, contenant de l'eau à une pression de 1 à 4 bars ..Jusque là tout va bien.. On a deux appuis espacés de 7000 mm aux extrémités de la poutre.. Donc on a de la compression et de la flexion avec une charge répartie correspondant à la pression au sein du tuyau.

    Le problème n'est pas là : le truc c'est que ce tuyau a pété au niveau des appuis, donc c'est du cisaillement qui la endommagé, n'est ce pas ?

    Mon but est de déterminer l'épaisseur nécessaire de la tuyauterie pour qu'elle ne casse pas. Le problème c'est que si je fais les calculs en cisaillement aux appuis, l'aire cisaillée correspond bien à celle d'un tore non(4PI^2*r*R) ? ce n'est en tout cas pas celle d'un disque (PI r2).

    Je vous donne les informations utiles :
    E = 100 000 Pa

    Résistance en traction = 15500 Pa (bizarre car tuyau en polyester et je trouve pas cette valeurs là sur le net)
    je pense que l'on doit utiliser la limte d'élasticité, mais j'en suis pas sûre.
    coefficient de sécurité = 8,9,ou 10
    I = 0.49087 mm^2 (pas forcément utile)
    masse volumique = 1.456 g/cm^3


    Merci de votre aide

    -----

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  3. #2
    simbis

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par ahotep
    Bonjour à tous !!

    Imaginez une tuyauterie d'un diamètre de 800 mm, de 5 mm d'épaisseur et de 7410 mm de long, contenant de l'eau à une pression de 1 à 4 bars ..Jusque là tout va bien.. On a deux appuis espacés de 7000 mm aux extrémités de la poutre.. Donc on a de la compression et de la flexion avec une charge répartie correspondant à la pression au sein du tuyau.

    Le problème n'est pas là : le truc c'est que ce tuyau a pété au niveau des appuis, donc c'est du cisaillement qui la endommagé, n'est ce pas ?

    Mon but est de déterminer l'épaisseur nécessaire de la tuyauterie pour qu'elle ne casse pas. Le problème c'est que si je fais les calculs en cisaillement aux appuis, l'aire cisaillée correspond bien à celle d'un tore non(4PI^2*r*R) ? ce n'est en tout cas pas celle d'un disque (PI r2).

    Je vous donne les informations utiles :
    E = 100 000 Pa

    Résistance en traction = 15500 Pa (bizarre car tuyau en polyester et je trouve pas cette valeurs là sur le net)
    je pense que l'on doit utiliser la limte d'élasticité, mais j'en suis pas sûre.
    coefficient de sécurité = 8,9,ou 10
    I = 0.49087 mm^2 (pas forcément utile)
    masse volumique = 1.456 g/cm^3


    Merci de votre aide
    avant de calculer au cisaillement simple sur la section de matière du tuyau, je regarderais l'aspect de la cassure, ce ne serait pas un enfoncement de la partie inférieure au niveau de l'appui?
    la masse de la tuyauterie pleine est tres conséquente, est ce que la forme , le réglage et la consistance de l'appui répartissent bien la charge ?
    en gros il faut un berceau demi cylindrique large assurant un appui bien réparti et autorisant un mouvement longitudinal (dilatation themique et allongement sous pression). Si il y a un collier de maintien il ne doit pas être serré....

  4. #3
    ahotep

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    la cassure est au niveau de l'appui, effectivement un enfoncement, mais a l'extrémité supérieure.
    en ce qui concerne la masse , je pensais négliger la masse de la tuyauteri par rapport à celle de l'eau qu'elle contient. en fait, l'entreprise ayant concu ses tuyaux avait prévu des appuis tout les 2 mètres, d'ou le problème...
    j'ai pas vraiment compris cette partie..
    Citation Envoyé par simbis
    en gros il faut un berceau demi cylindrique large assurant un appui bien réparti et autorisant un mouvement longitudinal (dilatation themique et allongement sous pression). Si il y a un collier de maintien il ne doit pas être serré....
    Penses tu que le problème vienne du cisaillement ou bien d'un problème de dilatation ?
    Images attachées Images attachées  

  5. #4
    simbis

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par ahotep
    la cassure est au niveau de l'appui, effectivement un enfoncement, mais a l'extrémité supérieure.
    en ce qui concerne la masse , je pensais négliger la masse de la tuyauteri par rapport à celle de l'eau qu'elle contient. en fait, l'entreprise ayant concu ses tuyaux avait prévu des appuis tout les 2 mètres, d'ou le problème...
    j'ai pas vraiment compris cette partie..


    Penses tu que le problème vienne du cisaillement ou bien d'un problème de dilatation ?
    ce n'est surement pas du cisaillement pur; la dilatation provoquerait des désordres aux extémités du tuyau. Si la cassure est sur le point le plus haut c'est plutot de la flexion avec une cassure en traction. Il vous reste soit a trouver un tuyau plus solide soit a recréer des supports intermédiaires , ou a placer un profilé rigide qui maintienne par dessous (H ou auge acier si la hauteur est critique) ou par dessus (avec des coliers) votre tuyau ....

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    ahotep

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    et si je veux déterminer l'épaisseur à imposer pour que ç a résiste à toutes les contraintes ?
    est ce que c'est faisable ?

  8. #6
    simbis

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par ahotep
    et si je veux déterminer l'épaisseur à imposer pour que ç a résiste à toutes les contraintes ?
    est ce que c'est faisable ?
    c'est faisable mais surement sur le plan resultat j'utiliserais une autre méthode. je ferais un cahier des charges axé sur les resultats, et je donnerais la responsabilite du resultat au fournisseur.

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  10. #7
    sitalgo

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Je pense que c'est dû au cisaillement horizontal dû à la flexion. Comme quand on fait une poutre en superposant des planches non solidaires. Avec la flèche, chaque planche "dépasse" celle du bas. Le cisaillement est maxi aux appuis et nul au milieu.
    Cet effort est sensiblement horizontal, la partie verticale de la paroi du tube est celle qui présente le moins d'épaisseur par rapport à un cisaillement horizontal.
    Ca pète donc aux appuis et à mi-hauteur.

  11. #8
    ahotep

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par sitalgo
    Je pense que c'est dû au cisaillement horizontal dû à la flexion. Comme quand on fait une poutre en superposant des planches non solidaires. Avec la flèche, chaque planche "dépasse" celle du bas. Le cisaillement est maxi aux appuis et nul au milieu.
    Cet effort est sensiblement horizontal, la partie verticale de la paroi du tube est celle qui présente le moins d'épaisseur par rapport à un cisaillement horizontal.
    Ca pète donc aux appuis et à mi-hauteur.
    je suis ok avec tout ce que tu as écrit : on a une réaction aux appuis. Maintenant (je suis navrée d'insister), si tu a une petite idée, quelle peut être la méthode pour déterminer l'épaisseur recquise pour que ca na casse pas ?
    J'ai fait toutes sortes de calculs et aucun de mes résultats ne semblent cohérent.
    en plus, les calculs doivent dépendre de l'écart entre les appuis, et je ne sais pas comment faire...

  12. #9
    robur71

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Tu parles d'une tuyauterie de longueur 7410 mm, ça c'est un réservoir !!
    Ta tuyauterie n'est elle pas plutot de longueur "infinie" et supportée par des appuis régulièrement espacés ??

  13. #10
    simbis

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par sitalgo
    Ca pète donc aux appuis et à mi-hauteur.
    ce n'est pas ce que j'ai compris:
    "la cassure est au niveau de l'appui, effectivement un enfoncement, mais a l'extrémité supérieure. "

    c'est quoi exactement l'extrémité supérieure? le point haut?

  14. #11
    ahotep

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par robur71
    Tu parles d'une tuyauterie de longueur 7410 mm, ça c'est un réservoir !!
    Ta tuyauterie n'est elle pas plutot de longueur "infinie" et supportée par des appuis régulièrement espacés ??

    disons que c'est une tuyauterie avec des coudes et tout mais que j'ai simplifier le problème sur une partie seulement pour n'avoir que deux appuis..

  15. #12
    ahotep

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par simbis
    ce n'est pas ce que j'ai compris:
    "la cassure est au niveau de l'appui, effectivement un enfoncement, mais a l'extrémité supérieure. "

    c'est quoi exactement l'extrémité supérieure? le point haut?

    je me suis mal exprimée...faut croire que les explications à l'agveugle c'est pas mon fort...en fait, sitalgo a très bien résumer la chose : ca pète aux appuis, et à mi hauteur du tuyau...

    moi je disais à l'extémié supérieure de l'appui; comme il arrive à mi hauteur du tuyau... voilà

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  17. #13
    robur71

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par ahotep
    disons que c'est une tuyauterie avec des coudes et tout mais que j'ai simplifier le problème sur une partie seulement pour n'avoir que deux appuis..
    En simplifiant, tu transformes le pb.
    Avec une poutre sur deux appuis il n’y a pas de moment au droit des appuis .
    Par contre, pour une poutre continue sur n appuis, ste le moment fléchissant au droit des appuis n’est pas nul.

  18. #14
    isozv

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Bonjour

    Pour avoir une resultat fiable tu peux faire une simulation avec un logiciel comme COMSOL (www.comsol.fr) qui contient un module et des modeles pour les ingenieurs faisant et travaillant avec le type de besoins que tu as.

  19. #15
    sitalgo

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Bien que j'aie proposé une hypothèse, je trouve quand même bizarre que le tranchant classique aux appuis n'ait pas prévalu pour la rupture.

    As-tu mesuré la flèche en charge ?

    Pour la contrainte de la paroi due à la pression du liquide je trouve 7,9 MPa par bar (au-dessus de la p atm), les 15500 Pa admissibles sont fantaisistes. Le Young aussi.

    Le "I = 0.49087 mm^2" n'a pas de sens si c'est l'inertie.

    Faudrait voir ces valeurs avec le fabricants.

    Comme solution (non garantie) on peut coller très soigneusement une deuxième épaisseur de tuyau sur les 2/3 bas, de 40cm de long au niveau des appuis.

    Faudrait un schéma de l'installation, peut-être qu'en simplifiant ya qqchose qui échappe. Envoie-le par mail si besoin.

  20. #16
    mécano41

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Bonjour,

    Juste une hypothèse en passant :

    Le tuyau chargé passe sur un appui. A cet endroit, il tend à s'ovaliser (grand axe horizontal) d'une part sous l'effet de son poids propre, de la charge du liquide contenu et parce que, dans la flexion, ses fibres sont d'autant plus tendues ou comprimées qu'elles son éloignées de l'axe. Elles ont donc tendance à prendre le plus court chemin d'où rapprochement de l'axe et aplatissement de la section.

    Au droit de l'appui, l'ovalisation ne peut pas s'effectuer puisque le support retient le tube jusqu'à son diamètre. A cet endroit, la contrainte est telle qu'il y a enfoncement du tube par le support. Il faudrait donc probablement modéliser l'ensemble pour trouver une forme de berceau qui diminue cet effet en laissant le tube s'ovaliser suffisamment mais pas trop. Il est possible que cela conduise à une impossibilité et qu'il faille rapprocher les supports.

    Mais : 1- ce n'est qu'une hypothèse et 2- je ne sais pas faire ce calcul

    Bon courage

  21. #17
    simbis

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par mécano41
    Bonjour,

    Juste une hypothèse en passant :

    Le tuyau chargé passe sur un appui. A cet endroit, il tend à s'ovaliser (grand axe horizontal) d'une part sous l'effet de son poids propre, de la charge du liquide contenu et parce que, dans la flexion, ses fibres sont d'autant plus tendues ou comprimées qu'elles son éloignées de l'axe. Elles ont donc tendance à prendre le plus court chemin d'où rapprochement de l'axe et aplatissement de la section.

    Au droit de l'appui, l'ovalisation ne peut pas s'effectuer puisque le support retient le tube jusqu'à son diamètre. A cet endroit, la contrainte est telle qu'il y a enfoncement du tube par le support. Il faudrait donc probablement modéliser l'ensemble pour trouver une forme de berceau qui diminue cet effet en laissant le tube s'ovaliser suffisamment mais pas trop. Il est possible que cela conduise à une impossibilité et qu'il faille rapprocher les supports.

    Mais : 1- ce n'est qu'une hypothèse et 2- je ne sais pas faire ce calcul

    Bon courage

    cette hypothese est plaisante , et en voici une autre: eassyez sde plier un tube fin, il va s'ovaliser et on voit se former des plis a hauteur de l'axe neutre

  22. #18
    sitalgo

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    IMPORTANT :
    (c'est écrit majuscule et en anglais pour faire mieux)

    Est-ce qu'au moment de la rupture l'eau était sous pression ? (au-dessus de la p atm j'entends)
    Paske 3 bars sur la zone autour de la fin des supports, en considérant au minimum un demi-cercle de 10cm de rayon juste au-dessus du support, ça fait 4600 N. L'appui poinçonne sévèrement le tuyau.
    Il fait quelle largeur utile l'appui ? Ya du jeu ? (autrement dit ça touche en bas mais pas jusqu'en haut de l'appui des deux côtés en même temps)

  23. Publicité
  24. #19
    sitalgo

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    L'ovalisation due à la flexion se fait surtout au milieu, les fibres supérieures comprimées longitudinalement s'enfoncent dans le tuyau parce qu'elles ne peuvent s'échapper que par là, la flexion a déjà donné la forme de ce "flambement", les fibres basses tendues se rapprochent de la ligne droite.

    L'ovalisation aux appuis est dû à la gravité donc rien de bien méchant. Elle peut être diminuée avec la pression de l'eau.

  25. #20
    ahotep

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Citation Envoyé par sitalgo
    IMPORTANT :
    (c'est écrit majuscule et en anglais pour faire mieux)

    Est-ce qu'au moment de la rupture l'eau était sous pression ? (au-dessus de la p atm j'entends)
    Paske 3 bars sur la zone autour de la fin des supports, en considérant au minimum un demi-cercle de 10cm de rayon juste au-dessus du support, ça fait 4600 N. L'appui poinçonne sévèrement le tuyau.
    Il fait quelle largeur utile l'appui ? Ya du jeu ? (autrement dit ça touche en bas mais pas jusqu'en haut de l'appui des deux côtés en même temps)
    je n'ai aucune réponse à ces questions. Mais je pense que l'eau était bien sous pressionn quand le tuyau a pété. Et la largeur, ca ?? On m'a pas fait passé l'information.

  26. #21
    sitalgo

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Malgré tout, si tu peux obtenir les renseignements demandés dans le message 15, paske que maintenant on patine dans le vide.
    C'est peut-être tout simplement la traction due à la pression qui s'est manifestée à l'endroit le plus fragilisé. Faudrait avoir au moins le sigma admissible.

  27. #22
    ahotep

    Re : cisaillement et flexion d'une tuyauterie

    Pour patiner, on patine... pour le sigma, je suis même pas sure que celui que j'ai soit le bon. je demanderai à mon patron et puis on verra bien ce que ca donne..
    en tout cas, merci de votre aide à tous

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