Mechanical resistance of titanium liners for high pressure tanks - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2013

Mechanical resistance of titanium liners for high pressure tanks

Tenue mécanique de liners en titane pour réservoirs haute pression

(1)
1
Melchior Simon-Perret
  • Function : Author
  • PersonId : 763935
  • IdRef : 185105297

Abstract

This thesis is a part of the FRESCORT project whose purpose is to develop high pressure tanks in composite material. The metallic liner of these tanks consist of a sheet of 300µm thick and of TA6V nozzles. The present work is dedicated to the study of the microstructure, of the mechanical properties and of the modeling of the observed behavior. It appears that the T35 and the TA6V have very different microstructure and chemical compositions. Moreover, in the welding zones between T35 and TA6V, cavities are observed. These cavities seem caused by the vaporization of the aluminum, present in the TA6V, during the welding operation. The mechanical behavior of T35 titanium is described using monotonic tensile tests, tensile/recovery tests and monotonic and cyclic shear tests. These tests have shown an anisotropic elastic-viscoplastic behavior with an negative isotropic hardening. The modeling of the mechanical behavior and the identification of related parameters use the experimental database obtained previously. It is shown that an anisotropic model with isotropic and kinematic hardening accurately describe the stress and strain anisotropy, the cyclic shear behavior and the plastic behavior for strain levels up to 50%. Finally, the failure of T35 titanium sheets is studied. A stable propagation with a high plastic deformation at the crack tip is found. Various tomography and laminography observations revealed the presence of few cavities near cracks, which indicates that there is few damage during the crack propagation.
Cette thèse se situe dans le cadre du projet FRESCORT (Futur REservoir à Structure COmposite de Rupture Technologique) qui a but le développement de réservoirs haute pression en matériau composite bobiné. Le liner de ces réservoirs se composent d'une partie en titane T35 de 300µm d'épaisseur et d'embouts en TA6V. Le présent travail est consacré à l'étude de la microstructure et des propriétés mécaniques du titane T35 ainsi qu'à la modélisation du comportement observé. Il apparait que le titane T35 et le TA6V ont des microstructures et des compositions chimiques très différentes. De plus, dans les zones soudées entre le T35 et le TA6V, des cavités sont observées. Ces cavités semblent dues à la vaporisation de l'aluminium présent dans le TA6V durant l'opération de soudage. Le comportement mécanique du titane T35 est décrit à l'aide d'essais de traction monotone, de traction/relaxation et de cisaillement monotone et cyclique. Ces essais ont mis en évidence un comportement élasto-viscoplastique anisotrope du titane T35, avec la présence d'un écrouissage isotrope négatif. La modélisation de ce comportement mécanique et l'identification des paramètres associés, utilisent la base de donnes expérimentales obtenues précédemment. Il est montré qu'un modèle anisotrope avec un écrouissage isotrope+cinématique permet de décrire précisément à la fois l'anisotropie de chargement et de déformation, le comportement cyclique de cisaillement et le comportement plastique pour des niveaux de déformation plastique pouvant atteindre 50%. Enfin, la rupture des tôles de titane T35 est étudié. Une propagation stable avec une forte déformation plastique en pointe de fissure est trouvé. Diverses observations par tomographie et laminographie montrent la présence de peu de cavités à proximité des fissures, ce qui indique qu'il y a peu d'endommagement lors de la propagation.
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tel-01144414 , version 1 (21-04-2015)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01144414 , version 1

Cite

Melchior Simon-Perret. Tenue mécanique de liners en titane pour réservoirs haute pression. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. Français. ⟨NNT : 2013ENMP0096⟩. ⟨tel-01144414⟩
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