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29 jan 2013 · Indeed, the Principal Cryogenic Stage is made of thin cylindrical shells, Figure 6 12 Influence du rapport N/M sur la contrainte critique, a) : R/t 

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André Da Silva

Instabilité de coques minces sous chargements combinés / 2011

LGCIE INSA Lyon 2011ISAL0078

Année 2011

Thèse

Flambage de coques cylindriques minces

sous chargements combinés : pression interne, compression, flexion et cisaillement

Présentée devant

Pour obtenir

Le grade de docteur

Formation doctorale

École doctorale : MEGA (Mécanique, Energétique, Génie Civil et Acoustique)

Spécialité : Génie Civil

Par

André DA SILVA

(Ingénieur Ecole Centrale de Lille)

Jury MM.

A. Combescure Professeur (I NSA de Lyon) Examinateur J. F. Jullien Professeur Em érite (INSA de Lyon) Examinateur A. Limam Professe ur (INSA de Lyon) Directeur de thèse F. Lorioux Ingénieur (EADS Astrium ST) Examinateur F. Marteau Ingénieur (CNES/DLA/SDT/STM) Examinateur J. M. Rotter Professeur ( University of Edinburgh) Rapporteur H. Zahrouni Professeur (Université de Metz) Rapporteur

André Da Silva

Instabilité de coques minces sous chargements combinés / 2011

LGCIE INSA Lyon

Flambage de coques cylindriques minces sous chargements combinés : pression interne, compression, flexion et cisaillement

Résumé

Malgré le cum ul de connaissance s sur le sujet du flambage des coq ues minces, des questions essentielles demeurent. En effet, malgré les avancées continue d par exemple pour la NASA SP8007 (1968). Cette règle est utilisé e notamm ent pour le dimens ionnement du lanceur Ariane 5. L coques cylind riques minces, qui sont so umises à une com binaison de re compréhension du phénomène pour pouvoir améliorer ces méthodes de dimensionnement dans le cas de coques moyennement longues (1 < L/R < 3) et minces (250 < R/t <

1500).

Nous empl oyons pour cela une approche à la fois n umérique et umérique est utilisé, via une modélisation pertinente, expérimental a pris une p lace prépondér ante, un e large camp agne nous permettant de valider les résultats simulations pour différentes configurations, aspects de notr e rech erche nous o nt également permis de mieux d étermine r es différents chargements (pression interne, compression, flexion, cisaillement), plus ou moins comprise selon les cas. Mots-Clés: i nstabilité - flambage - coqu es - dimensionneme nt - imperfections - pressurisat ion - interaction - compression - flex ion - cisaillement - lanceur

André Da Silva

Instabilité de coques minces sous chargements combinés / 2011

LGCIE INSA Lyon

Buckling of thin cylindrical shells under combined loadings: internal pressure, compression, bending and transverse shear

Abstract

The sta bility of thin cylin drical shells ha s been studied for decad es, but despite the acc umulated knowledge on the subjec t, important questio ns remain, in particular regarding the design of such structures. The effect of geometrical imperfectio ns is now well understood, b ut old design recommandations resulting from purely empirical approaches, are still used. The NAS A SP8007 r ecommendation (1968) is one them, and leads to conservative designs. This rule is used in particular for the design of the Ariane 5 launcher. Indeed, the Pri ncipal C ryogenic Stage is ma de of thin cylindric al shells, subjected and hen ce prone to possibly dis astrou s structural insta bilities. It is is the n necessary to better understand those phenomena in order to improve the design methods for relatively long (1 < L/R < 3) and thin (250 < R/t < 1500) shells. Our work is based on both numerical and experimental approaches. Numerical tools are used, throu gh a rel evant choice of the critical imperfections, to build a new design recommendation and study the influence of di fferent parameters ( geometrical or materia l). Experiments took an important place in our research, and the large experimental campaign allowed us to validate the numerical results for different configurations, and to better understand the physics of the problem as well. These two aspects of our study also enabled us to clarify the interaction between different loadings (internal pressure, compression, bending and transverse shear), which is today more or less understood, according to the case. Mots-Clés: i nstability - buckling - shel ls - design - impe rfec tions - pressurization - interaction - compression - bending - shear - launcher

André Da Silva

Instabilité de coques minces sous chargements combinés / 2011 LGCIE INSA Lyon INSA Direction de la Recherche - Ecoles Doctorales Quinquennal 2011
-2015 SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE

CHIMIE

CHIMIE DE LYON

http://www.edchimie-lyon.fr

Insa : R. GOURDON M. Jean Marc LANCELIN

Université de Lyon Collège Doctoral

Bât ESCPE

43 bd du 11 novembre 1918

69622 VILLEURBANNE Cedex

Tél : 04.72.43 13 95

directeur@edchimie-lyon.fr

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ELECTRONIQUE, ELECTROTECH-

NIQUE, AUTOMATIQUE

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eea@ec-lyon.fr M. Gérard SCORLETTI

Ecole Centrale de Lyon

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Gerard.scorletti@ec-lyon.fr

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EVOLUTION, ECOSYSTEME, MICRO-

BIOLOGIE, MODELISATION

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e2m2@biomserv.univ-lyon1.fr EDISS

INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-

SANTE http://ww2.ibcp.fr/ediss

Sec : Safia AIT CHALAL

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Hôpital Louis Pradel - Bâtiment Central

28 Avenue Doyen Lépine

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Tél : 04.72.68 49 09 Fax :04 72 35 49 16

Didier.revel@creatis.uni-lyon1.fr

INFOMATHS

INFORMATIQUE ET MATHEMA-

TIQUES

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M. Johannes KELLENDONK

Université Claude Bernard Lyon 1

LIRIS - INFOMATHS

Bâtiment Nautibus

43 bd du 11 novembre 1918

69622 VILLEURBANNE Cedex

Tél : 04.72. 43.19.05 Fax 04 72 43 13 10

infomaths@bat710.univ-lyon1.fr

Matériaux

MATERIAUX DE LYON

Secrétariat : M. LABOUNE

PM : 71.70 Fax : 87.12

Bat. Saint Exupéry

Ed.materiaux@insa-lyon.fr

M. Jean-Yves BUFFIERE

INSA de Lyon - MATEIS

Bâtiment Saint Exupéry

7 avenue Jean Capelle

69621 VILLEURBANNE Cédex

Tél : 04.72.43 83 18 Fax 04 72 43 85 28

Jean-yves.buffiere@insa-lyon.fr

MEGA

MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE

CIVIL, ACOUSTIQUE

Secrétariat : M. LABOUNE

PM : 71.70 Fax : 87.12

Bat. Saint Exupéry

mega@insa-lyon.fr

M. Philippe BOISSE

INSA de Lyon - Laboratoire LAMCOS

Bâtiment Jacquard

25 bis avenue Jean Capelle

69621 VILLEURBANNE Cedex

Tél :04.72.43.71.70 Fax : 04 72 43 72 37

Philippe.boisse@insa-lyon.fr

ScSo ScSo*

M. OBADIA Lionel

Sec : Viviane POLSINELLI

Insa : J.Y. TOUSSAINT M. OBADIA Lionel

Université Lyon 2

86 rue Pasteur

69365 LYON Cedex 07

Tél : 04.78.69.72.76 Fax : 04.37.28.04.48

Lionel.Obadia@univ-lyon2.fr

*ScSo : Histoire, Geographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, Anthropologie

André Da Silva

Instabilité de coques minces sous chargements combinés / 2011

LGCIE INSA Lyon Remerciements

Environnement

savoir, ou les encour agements de nombreuses personnes que j e tien s à remercier ici.

LIMAM, désormais directeur du LGCI

laboratoire et fait con fiance dans ce p rojet ambitieux. Les nombreuse s

Je souhaite r

Je ti ens égalemen t à exprimer mes plu s si ncères remerciemen ts enver s EADS et le CNES, pour avoir financé cette étude et participé au suivi de ma thèse. En par ticuli er, je remercie Fabien LOR IOUX, ingénieur à EADS

Structures,

Thermique et Matériaux » à la Direction des Lanceurs du CNES, et qui font réunions, notamment Serge RADULOVIC de chez EADS, et je les remercie

également.

Je ne pouvais pas oublier de remercier certaines personnes du laboratoire apéritifs ou barbec ues : Emeric BRUYERE, Bruno HU GUENY, Mario MASAPOLLO et Romain TRUNF IO. Pour les p roblèmes informati ques, Bernadette ESCALIER a toujours eu le dernier mot. En ce qui concerne les Izabel KARABE DIAN et Valérie ORHON, sur l eurs sourires et leurs alement tous me s collègue s doctor ants du

Enfin, mes pensées vont :

(trop) souvent écouté et encouragé pendant cette période ; à Seb et Ugo, pour leur amitié constante malgré la distance ; aux membres de la Jam Session, pour leur soutien quotidien ;

à tous mes amis et toute ma famille.

André Da Silva 1

Instabilité de coques minces sous chargements combinés / 2011

LGCIE INSA Lyon Sommaire

Première Partie : Problématique et état

....................................... 19

1 Introduction................................. 20

1.1 Introduction générale ............................................................ 20

1.1.1 A propos des coques minces ........................................................ 20

1.1.2 Problématique industrielle ........................................................... 21

1.1.3 Démarche ................................................................................ 22

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