Endommagement en fatigue des câbles à structure toronnée: Développement d'une stratégie d'analyse multi-échelle numérique et expérimentale

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Problématique Les câbles toronnés, critiques à nombres d'infrastructures, sont exposés aux charges dynamiques causant un endommagement local aux points d'attache. Les observations montrent que ces charges produisent une détérioration des câbles en fatigue par fretting aux zones de contact pouvant mener à leur rupture complète. Une évaluation précise de l'état de performance devient alors essentielle pour assurer la fiabilité et la résilience des structures. Toutefois, la fatigue des câbles est complexe et encore difficile à quantifier, notamment en ce qui a trait aux interactions entre la cinématique globale de la structure toronnée et les mécanismes d'endommagement locaux aux interfaces de contacts. Actuellement, le problème est traité soit par des modèles simplifiés ou des observations expérimentales menant à des interprétations plutôt qualitatives des mécanismes en cause. D'autres traitent le sujet de façon détaillée à l'échelle des contacts, mais découplée de la cinématique des câbles. Il n'existe en fait aucune méthode permettant une évaluation globale et quantitative du niveau d'endommagement des câbles. Objectif Visant à long terme le développement d'outils évolutifs de suivi de l'état de performance des câbles couplés à une stratégie de contrôle intégrée (Structural Health Monitoring), ce programme propose la mise en ouvre d'une méthodologie d'analyse de la fatigue des câbles selon une approche multi-échelle. Combinant le développement de modèles numériques et d'études expérimentales inter-reliés, l'ensemble permettra une analyse fine des mécanismes d'endommagement à l'échelle des fils métalliques, tout en considérant les effets globaux de la cinématique des câbles soumis aux charges externes. Méthodologie Le déploiement de la stratégie sera réalisé selon trois échelles d'analyse : globale, intermédiaire et locale. Le point de départ considère l'exploitation d'un modèle par éléments finis que nous avons déjà développé et permettant une représentation 3D de la cinématique des câbles à une échelle intermédiaire, incluant l'effet des contacts. Ainsi, la structure du programme est organisée de sorte à d'abord développer les solutions de chacune des échelles complémentaires locale et globale, puis de les coupler afin d'obtenir une solution intégrée qui permette l'analyse complète de l'endommagement des câbles. Incidence La stratégie d'analyse multi-échelle qui découlera du programme constituera un cadre nouveau d'analyse structurale des câbles. L'approfondissement des connaissances que produira la mise en relation directe de tous les paramètres d'endommagement, conduira à une précision accrue des estimations de durée de vie résiduelle des câbles. Les outils d'analyse développés seront donc grandement utiles à l'optimisation de la conception des structures câblées, mais également à l'élaboration de solutions d'intervention efficace dans la maintenance des infrastructures critiques à l'activité économique canadienne.