Soutenance de thèse – Tauno Tiirats “Prise en compte du revêtement dans la simulation d’un assemblage complexe : application aux connections filetées via l’essai tribologique des cylindres croisés”

Tauno Tiirats soutiendra sa thèse le 20 janvier 2021 à 14h00 depuis Centrale Nantes sur le sujet suivant :

“Prise en compte du revêtement dans la simulation d’un assemblage complexe : application aux connections filetées via l’essai tribologique des cylindres croisés”

Résumé :
Le secteur des produits tubulaires pétrolier et gazier s’éloigne progressivement de la lubrification à base de graisse dans les connections filetés premium et s’oriente vers l’utilisation de revêtements solides. Pour assurer une étanchéité totale et éviter une défaillance des surfaces en contact en raison d’une dégradation, il faut être en mesure d’estimer la réponse mécanique et l’usure de ces revêtements. Simuler cela avec un modèle éléments finis en utilisant les techniques de discrétisation volumétrique traditionnelles peut conduire à une augmentation significative du coût de calcul. Ce travail propose une solution alternative pour modéliser plus efficacement les revêtements fin et souple dans l’analyse par éléments finis. Il est proposé d’utiliser une méthode de réduction de modèle de sorte que le revêtement soit remplacé par une interface, où l’épaisseur est décrite par une variable dimensionnelle interne. Le champ de déplacement dans la couche réduite peut être approché par une expansion polynomiale sur les coefficients de déplacement respectifs. L’approximation polynomiale de la couche la rend compatible avec le cadre des éléments finis. Il peut même être implémenté dans des logiciels commerciaux. Le modèle proposé est validé à l’aide d’une vaste campagne de tests spécialement conçue basée sur un essai d’usure de type cylindres croisés. On montre que le nouveau modèle a une bonne corrélation avec les mesures expérimentale et permet d’étudier en détail les mécanismes d’usure des revêtements. La méthodologie est particulièrement bien adaptée aux problèmes impliquant des revêtements fins. En outre, il existe une réduction de coût significative par rapport à une discrétisation volumétrique complète de la couche. En conclusion, c’est une solution prometteuse à considérer dans les simulations d’usure de grandes structures avec des revêtements fins, tel qu’une simulation complète de l’assemblage fileté premium.

Abstract :
The Oil Country Tubular Goods sector is progressively moving away from dope based lubrication in the premium threaded connections and more towards the usage of solid coatings. To ensure full sealability and avoid failure of contacting surfaces due to degradation, one must be able to estimate the mechanical response and wear of these coatings. Capturing this with the Finite Element models using traditional volumetric discretization techniques can lead to significant increase of computational cost. This work proposes an alternative solution to model thin soft coatings more efficiently in the Finite Element Analysis. It is proposed to reduce the layer into an interface, where thickness is described by an internal dimensional variable. The displacement field in the reduced layer can be approximated by a polynomial expansion over the respective displacement coefficients. The polynomial based approximation of the layer makes it highly compatible with the Finite Element framework. It can be even implemented in commercial softwares. The proposed model is calibrated and validated with the help of an extensive specially designed test campaign based on the Crossed Cylinder wear test. It is shown that the constructed model provides a satisfactory match with the measurements and allows to investigate in detail the coating wear mechanics in problems involving thin coatings. Furthermore, there exists significant cost reduction in comparison to full volumetric discretization of the layer. In conclusion, it is a promising solution to be considered in wear simulations of large structures with thin coatings, like a full simulation of the premium threaded connection.

Les travaux ont été réalisés en collaboration avec le Vallourec Research Center France.

Composition du jury

Rapporteurs :

Examinateurs :

Directeur, co-directeurs et encadrant de thèse :