Rapport de PFE année

Julian Duplan

Description

Niveau: Supérieures
Rapport de PFE année 2009 PFE : Etude de la distribution du renforceme des structures en maçonnerie carbone, en utilisant Julian DUPLAN GC5 INSA STRASBOURG Tuteur INSA: Didier GUTH Tuteur UFU: Jesiel CUNHA -2010 par fibres de l'optimisation topologique. nt

• fibre de carbone


• structures en maçonnerie


• uma delas


• détermination de la distribution du renfort


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• matériaux composites


• usar técnicas de reforço


• fibras de carbono é

Sujets

• Fibre de carbone
• Matériau composite

Informations

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Extrait

Rapport de PFE année 2009-2010     PFE :   Etude   e   la   distribution   du   renforcement des   structu es   en   maçonnerie par   fib es   de   carbone, en   utilisant   l’optimisation   top logique.  

              Julian DUPLAN GC5 INSA STRASBOURG   Tuteur   INSA:   Didier   GUT Tuteur   UFU:   Jesiel   CUN A    

 

 

 

Sommaire Résumé ............................................................................................................................. 4   Resumo ............................................................................................................................. 5   Remerciements ................................................................................................................. 6   Nomenclature.................................................................................................................... 7   Nomenclature maçonnerie ....................................................................................................... 7 Nomenclature fibre de carbone................................................................................................ 7 Nomenclature optimisation topologique.................................................................................. 7 Introduction ...................................................................................................................... 8   1    ..........................................................................Universidade federal de Uberlândia 9   1.1 L’Université.................................................................................................................... 9  1.2 Localisation. ................................................................................................................... 9  1.3 La FECIV (Faculdade de Engenharia Civil).................................................................... 10 2   Sujet......................................................................................................................... 10   2.1 Rappel .......................................................................................................................... 10  2.2 Aspect novateur .......................................................................................................... 10 2.3 Méthodologie du projet .............................................................................................. 10 3   Structures en maçonneries....................................................................................... 11   3.1 Définition ..................................................................................................................... 11  3.2 Historique .................................................................................................................... 11  3.3 Aujourd’hui .................................................................................................................. 12  3.3.1 Différents types de forme ................................................................................... 12 3.3.2 Différents types de matériaux............................................................................. 13 3.3.3 Différents types d’empilement ........................................................................... 13 3.3.4 Au Brésil............................................................................................................... 14 3.4 Pathologies .................................................................................................................. 15  3.4.1 Pathologies structurelles..................................................................................... 15 3.4.2 Pathologies liées à l’action climatique ................................................................ 17 3.6 Caractéristiques des matériaux de l’étude ................................................................. 18 3.6.1 Caractéristiques géométriques ........................................................................... 18 3.6.2 Caractéristiques mécaniques .............................................................................. 18 4   composites /Fibre de carbone ................................................................ 20Matériaux   4.1 Historique .................................................................................................................... 20  4.2 Définitions ................................................................................................................... 21 4.2.1 Les composites à fibres .............................................................................................. 22 Julian DUPLAN Rapport de PFE

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4.3 Procédés de fabrication .............................................................................................. 23 4.3.1 Les résines ........................................................................................................... 23 4.3.2 Les fibres.............................................................................................................. 24 4.3.3 Elaboration des fibres de carbone. ..................................................................... 25 4.4 Applications des matériaux composites ..................................................................... 26 4.5 Comportement mécanique des matériaux composites............................................. 28 5   Modélisation par éléments finis : Ansys ................................................................. 29   5.1 Présentation ................................................................................................................ 29 5.2 Eléments ...................................................................................................................... 30  5.2.1 Eléments de maçonnerie..................................................................................... 30 5.2.2 Maillage ............................................................................................................... 32 5.2.3 Chargement ......................................................................................................... 33  5.2.4 Conditions d’appuis............................................................................................. 33 5.2.5 Élément de renfort .............................................................................................. 34 5.3 Problèmes rencontrés ................................................................................................. 36 5.3.1 Problème de continuité nodale........................................................................... 36 5.3.2 Problème d’interprétation des résultats............................................................. 36 5.3.3 Problème de traitement des résultats ................................................................ 37 6   Optimisation topologique........................................................................................ 38   6.1 Définition ..................................................................................................................... 38  6.2 Optimisation topologique formulation générale de la méthode des densités........... 39 6.3 Méthode des densités................................................................................................. 40 6.3.1 Fondement mathématique de la Méthode des Densités ................................... 40 6.5 Résultats des simulations numériques........................................................................ 43 6.5.1 Compression simple ............................................................................................ 43 6.5.2 Chargement compression cisaillement ............................................................... 52 Conclusion ...................................................................................................................... 57   Références bibliographiques........................................................................................... 58   Maçonneries. ........................................................................................................................... 58  Matériaux composites............................................................................................................. 58 Optimisation topologique ....................................................................................................... 58 Annexes .......................................................................................................................... 59      

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Résumé   Initialement le projet devait traiter du renforcement par fibre de carbone des structures en béton armé. Pare la suite, le sujet a été réduit à la modélisation et l’optimisation topologique des renforts en fibre de carbone, appliquées aux structures en maçonnerie. En effet, la structure en maçonnerie est un type de construction très répandu au Brésil, pour son faible coût et sa facilité de mise en œuvre.    Jusqu’à aujourd’hui, il existe principalement deux méthodes de réhabilitation de ce type de structure, la première qui consiste à démolir pour reconstruire, et l’autre qui consiste à renforcer la structure existante. L’une de ces techniques de renforcement, consiste à disposer des bandes de matériaux composites (fibres de carbone ou fibre de verre associées avec une résine époxyde, etc.) sur les surfaces endommagées. Cependant, l’utilisation de ces matériaux de hautes performances a un coût non négligeable.     À l’heure actuelle, les méthodes de prédiction d’utilisation de ce type de renfort dans le génie-civil résident essentiellement sur des observations structurelles ainsi que sur l’expérience de l’ingénieur. Toutefois, dans le cas de structure complexe la détermination de la distribution du renfort n’est pas évidente et l’expérience ne suffit plus. C’est pour cela que l’optimisation topologique offre une alternative intéressante, montrant automatiquement les régions où appliquer le renfort. L’objectif étant ainsi d’aboutir à une économie de matériau, à travers cette distribution optimisée.                                        Mot-clef :   Structure en maçonnerie, fibre de carbone, renforcement, optimisation topologique

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Resumo   Inicialmente o projeto devia se focalizar sobre as estruturas em concreto reforçadas por fibra de carbono. Posteriormente, o tema restringiu-se à modelagem e a otimização topológica de um reforço de fibra de carbono, aplicada à alvenaria estrutural. A alvenaria estrutural é um tipo de construção muito comum no Brasil pelo seu custo e sua facilidade construtiva, e, portanto, sujeitas a muitas pesquisas para melhorar o comportamento e os desempenhos deste tipo de edificação.   Até hoje existe principalmente duas maneiras de recuperar uma alvenaria estrutural, a primeira que consiste simplesmente a demolir e reconstruir, e a outra que é de usar técnicas de reforço da estrutura existente. Uma delas é de colocar faixas de materiais compostos (fibra de carbono com resina epóxi, fibra de vidro com resina epóxi, etc.) sobre as superfícies das estruturas danificadas. Contudo o custo desses materiais de alto desempenho não é desprezível.   A utilização do reforço estrutural com fibras de carbono é feita atualmente com base no comportamento estrutural e na experiência do projetista. No entanto, para estruturas complexas a determinação da distribuição do reforço não é evidente. Neste sentido, a otimização topológica entra como uma ferramenta interessante do cálculo automático da distribuição do reforço, mostrando as regiões onde este deve ser aplicado. O objetivo assim é de obter uma economia de material, a partir da distribuição otimizada do material.                                       Palavras-chave:    Alvenaria estrutural, fibra de carbono, reforço estrutural, otimização topológica

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Remerciements       Je tiens à remercier en premier lieu mes deux tuteurs, Monsieur Jesiel CUNHA et Monsieur Didier GUTH pour l’aide et les conseils qu’ils m’ont apportés tout au long de mon projet.    Je tiens également à remercier Madame Raquel SANTINI LEANDRO RADE, ainsi que tout le service des relations internationales de l’Université Fédérale d’ Uberlândia, pour cette immense expérience pédagogique et culturelle qu’ils m’ont permis de réaliser.    Et enfin je remercie le peuple brésilien pour son accueil chaleureux sans commune mesure.              

   

 

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Muito obrigado, abraços.

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