Contraintes résiduelles transversales (Selon xx)

Les contraintes résiduelles de soudage des panneaux raidis sont analysées dans cette partie, la figure V.16 montre la distribution des contraintes résiduelles ultimes transversales S11 (contrainte normale agissant dans la direction X). On peut constater que les contraintes transversales de la surface supérieure du panneau raidi à la position du cordon de soudure sont des contraintes de traction. L’amplitude de la contrainte de traction est d’environ 0.9 fois et 1,1 fois la limite d’élasticité du matériau pour la surface supérieure. La valeur maximale de la contrainte résiduelle transversale de l’ensemble du modèle se produit dans la juxtaposition de l’angle de soudure. Les valeurs de crête (pic) se situent dans les régions adjacentes aux cordons de soudure avec un dépassement de l’amplitude de la limite d’élasticité du matériau (275 MPa). L’état de contraintes est réduit aux extrémités de la plaque raidie, car la dissipation thermique est importante à ce niveau (Chute de 71.8 % dans le cas de trois (03) raidisseurs).

L’état de la distribution des contraintes résiduelles longitudinales est obtenu en se basant sur la simulation par élément fini, au niveau de la section médiane des plaques raidies L2. La figure V.17 présente la répartition sur l’axe X de la contrainte verticale S22, qui est en fait la contrainte normale agissant dans la direction Y et qui montre clairement que les contraintes de traction ont été développées dans la zone de soudure. Ces contraintes résiduelles en traction diminuent progressivement dans la direction transversale en s’éloignant de l’axe de la soudure, et qui deviennent des contraintes résiduelles en compression vers le bord de la plaque (avec un changement de signe). En effet, lors de la phase de refroidissement et lorsque la température de la zone soudée diminue rapidement, le métal de soudure a tendance à se contracter, ce qui entraîne des contraintes résiduelles thermiques opposées dans la zone de soudure.

En revanche, les contraintes résiduelles de compression ont été obtenues afin d’équilibrer les contraintes résiduelles de traction. La valeur maximale des contraintes résiduelles en traction obtenue par la simulation est également presque égale à 43 % de la limite d’élasticité du matériau. Les régions de contraintes résiduelles en compression atteignent 50 % de la limite d’élasticité du matériau dans les régions proches des extrémités qui se traduit par des distorsions. L’état de contraintes est réduit aux extrémités de la plaque raidie, car la dissipation thermique est moins élevée à ce niveau. Les modèles renforcées avec deux et trois raidisseurs ont présenté des distorsions plus importantes par rapport au modèle avec un raidisseur. Ces distorsions ainsi induites par le procédé peuvent poser des problèmes de tolérances dimensionnelles. [Murugan et al, 2009] [Morin, 2006] Figure V.17 Courbes de contraintes résiduelles longitudinales S22 dans les plaques raidies.

Evaluation de la température au niveau du cordon

Pour obtenir l’historique des températures, l’analyse de transfert de chaleur tient compte de la contribution du champ des températures transitoires autant que les propriétés thermophysiques dépendantes de celle-ci. Pour les simulations thermique et structurale de l’opération de soudage, deux incréments de temps différents sont utilisés (Soudage à t = 25 s et refroidissement à t = 60 s). La procédure de soudage implique des gradients thermiques très élevés qui atteignent plus de 1000°C, et pendant le refroidissement cette température diminue jusqu’à une valeur inférieure à La répartition de la température dans l’ensemble des pièces soudées à différentes distances de la ligne de fusion de la soudure est illustrée dans la figure V.19. La température extrême de 1100°C au point d’application de la soudure diminue en s’éloignant du cordon. On voit clairement que la diminution de la température en fonction de la distance a une tendance non linéaire. La raison est associée au chauffage local de la torche de soudage et la variation non linéaire des propriétés thermiques du matériau avec la température.

Analyse thermique des contraintes et des déplacements des plaques raidies sous ABAQUS

Par rapport au milieu en un point de la plaque renforcée et en fonction du passage de la source de chaleur à travers les cordons de soudure (Figure IV.12), on mesure les contraintesrésiduelles par rapport à divers points de passage de la torche. Les histogrammes représentant ces contraintes résiduelles dans les deux directions transversales et longitudinales respectivement бx (S11) et бy (S22) sont représentés sur les figures respectives V.20 et V21 On remarque une concentration des contraintes résiduelles dans la deuxième moitié de la plaque pour les modèles avec un et trois raidisseurs (présence des cordons). Les contraintes dépassent la limite élastique de 275 MPa permettant la plastification du matériau. Par contre pour la plaque munie de 2 raidisseurs, le point central est moins chargé car il est moins affecté par l’effet de soudage (absence de cordon dans cette zone).