L'importance de l'analyse des éléments finis dans la conception de joint

Les joints d'étanchéité sont des composants essentiels des systèmes pressurisés. La tendance dans toutes les industries pousse les conditions d'application et, par conséquent, le performance d'étanchéité, à l'extrême.

La conception de joints d'étanchéité pour ces applications est un véritable défi. Les températures peuvent dépasser 266 °C (500 °F) dans les applications énergétiques et plonger en dessous de -51 °C (-60 °F) dans les applications aérospatiales. Les pressions peuvent varier de 20,7 à 34,4 MPa (3 à 5 ksi) dans les systèmes hydrauliques de l'aérospatiale à plus de 275,7 MPa (40 ksi) dans le forage pétrolier. En outre, les fluides peuvent être corrosifs et les mouvements dynamiques peuvent être importants.

Figure 1 : modèle de FEA.

L'un des outils d'ingénierie utilisés dans le processus de conception des joints d'étanchéité est l'analyse par éléments finis (FEA). La FEA est une technique de solution numérique qui peut être utilisée pour simuler et prévoir la réponse du joint d'étanchéité dans des conditions d'application spécifiques.

L'analyse par éléments finis (FEA) peut être utilisée dans la conception des joints de plusieurs façons. La méthode la plus courante consiste à évaluer le profil de pression de contact. La pression de contact est la quantité de pression qu'un joint d'étanchéité génère contre le matériel métallique pour résister à la dérivation de la pression du système. La pression de contact du joint d'étanchéité varie en fonction de la température du joint, du degré d'écrasement du joint et de la pression du système appliquée.

Ces informations permettent aux concepteurs d'obtenir une pression et une longueur de contact suffisantes dans toutes les conditions de température et de pression qui les intéressent. La pression de contact et la force de contact totale peuvent également être utilisées pour comparer plusieurs conceptions afin de déterminer la meilleure conception pour toute application.

Figure 2 : Les tracés de contours (en haut) et les tracés linéaires (en bas) montrent le joint d'étanchéité dans de multiples conditions de pression.

L'analyse par éléments finis (FEA) est l'un des nombreux outils qui permettent à Greene Tweed de réussir dans certaines des applications d'étanchéité les plus difficiles au monde

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