Vérification de l'analyse des cloisons embouties : étude sur les essais à grande échelle des cloisons embouties et renforcées par bulbe

Les plaques d'acier minces avec des raidisseurs soudés sont largement utilisées dans les structures de navires où un rapport résistance/poids élevé est important. Dans la construction conventionnelle de cloisons aux États-Unis, les raidisseurs à bulbe, à angle ou en té sont largement utilisés. Récemment, General Dynamics NASSCO (GD NASSCO) a étudié l'utilisation de cloisons embouties comme composants non porteurs afin de réduire le coût global de la conception, de la construction et de la maintenance du cycle de vie des navires. Pour étudier leur application en tant que composants structurels porteurs, il est nécessaire de mener des études expérimentales et analytiques afin que des directives de conception puissent être développées. Dans la phase 1 de ce projet de recherche visant à développer de telles directives de conception, un test expérimental à grande échelle a été réalisé.
Six ensembles de cloisons - trois en acier (DH36) et trois en aluminium (A5083-H116) - pour un total de 12 spécimens à grande échelle ont été fabriqués par Marinette Marine Corporation et expédiés à l'UCSD pour des tests. Chaque ensemble comprenait une cloison rigide à ampoule conventionnelle et une cloison estampée. Les cloisons renforcées par bulbe en acier ont été conçues par GD NASSCO sur la base des règles ABS (American Bureau of Shipping), tandis que les cloisons embouties ont été conçues de telle sorte que le moment d'inertie (Ixx) autour de l'axe faible soit le même que les cloisons renforcées par bulbe. Une approche similaire a été appliquée pour concevoir les cloisons renforcées et estampées de l'ampoule en aluminium, en veillant à ce qu'elles aient le même Ixx.
Un jeu d'éprouvettes en acier et un jeu d'éprouvettes en aluminium ont été testés jusqu'à la rupture en compression verticale. Les éprouvettes d'acier ont d'abord subi un flambement de plaque, suivi d'un flambement global induit par la plaque lorsque la charge maximale a été atteinte. Les éprouvettes d'acier ont montré une différence de rigidité axiale élastique de 16 % et l'éprouvette emboutie avait une résistance à la compression supérieure de 36 % à celle de l'éprouvette à bulbe. Les spécimens en aluminium ont également montré une différence de rigidité élastique de 12 %, mais la cloison estampée a montré une augmentation de 63 % de la résistance maximale par rapport à celle à bulbe renforcé. Les essais ont également montré que le déclenchement du raidisseur en raison de la faible rigidité en torsion des raidisseurs du bulbe provoquait une réduction drastique (perte de 60 %) de la résistance lors du flambage dans la cloison.
Un ensemble d'éprouvettes d'aluminium a été testé jusqu'à la rupture sous charge latérale (cisaillement). L'éprouvette renforcée par bulbe s'est rompue en raison du déclenchement du raidisseur dans la zone de compression. La cloison sertie s'est rompue prématurément en raison d'une défaillance de la soudure et, par conséquent, la résistance maximale n'a pas pu être comparée. Mais la rigidité élastique de la cloison estampée était de 11% supérieure à celle de la cloison renforcée par bulbe.
Un ensemble d'éprouvettes en acier et un ensemble d'éprouvettes en aluminium ont été testés à faible niveau de charge pour évaluer la rigidité élastique hors du plan. Les tests ont montré que les cloisons embouties avaient une rigidité élastique d'environ 17% supérieure à celle des cloisons renforcées par bulbe.
L'objectif de la phase III était d'évaluer les effets de l'ouverture des trous et de la fixation de l'armoire sur la résistance au cisaillement et la rigidité des panneaux en acier estampés. Des essais de cisaillement en rack monotone ont été réalisés sur trois éprouvettes grandeur nature. Les résultats ont montré que, comme prévu, les ouvertures des trous diminuaient à la fois la résistance latérale ultime et la rigidité élastique des panneaux emboutis. La fixation d'une armoire électrique a eu un effet minime sur la résistance et la rigidité latérales, bien que le taux de dégradation de la résistance dans la région post-flambement ait été plus graduel. Une comparaison des résultats des essais de cette phase avec un spécimen de la phase II a montré que la résistance latérale ultime peut être significativement affectée par la direction du flambage et la limite d'élasticité réelle de l'acier ; des recherches supplémentaires, y compris une étude paramétrique par éléments finis non linéaires, sont nécessaires pour confirmer cette hypothèse.