Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L’assemblage collé en simple cisaillement chargé en tension est largement utilisé dans l’industrie pour évaluer la tenue du collage du fait de sa simplicité de mise en œuvre. L’analyse de son comportement mécanique n’est cependant pas si simple. Pourtant, depuis plus d’un siècle, des modélisations simplifiées sont proposées, afin de représenter le plus fidèlement possible le comportement mécanique de l’assemblage à l’échelle globale et locale et à moindre coût de calcul. Cet article présente les formules analytiques, prêtes à l’emploi, les plus répandues dans la littérature et tente de montrer les difficultés rencontrées à mesure que les modélisations s’affinent.
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The single-lap joint under tensile load is widely spread in the industry to assess the adhesive bonding strength, due to its simple manufacturing process. However, its stress analysis is not so simple. For more than one century, simplified stress analyses have been developed to represent for the physical reality at global and local scales as close as possible and at low computational costs. This article presents the closed-form ready-to-use solutions mostly spread in the literature and aims at showing the difficulties encountered while refining the models.
Auteur(s)
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Éric PAROISSIEN : Professeur à l’Institut supérieur et de l’aéronautique et de l’espace (ISAE-SUPAERO) - Institut Clément Ader (ICA), Université de Toulouse, ISAE-SUPAERO, INSA, IMT MINES ALBI, UTIII, CNRS
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Sébastien SCHWARTZ : Professeur associé à l’Institut supérieur et de l’aéronautique et de l’espace (ISAE-SUPAERO) - Institut Clément Ader (ICA), Université de Toulouse, ISAE-SUPAERO, INSA, IMT MINES ALBI, UTIII, CNRS
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Frédéric LACHAUD : Professeur à l’Institut supérieur et de l’aéronautique et de l’espace (ISAE-SUPAERO) - Institut Clément Ader (ICA), Université de Toulouse, ISAE-SUPAERO, INSA, IMT MINES ALBI, UTIII, CNRS
INTRODUCTION
Le dimensionnement des assemblages collés structuraux est un sujet complexe qui reste ouvert. Aucune norme pour le dimensionnement des assemblages collés structuraux n’existe aujourd’hui. Une démarche dimensionnement s’appuie généralement sur la comparaison d’un critère calculé à un admissible mesuré. Les critères de tenue mécanique peuvent être définis théoriquement et/ou expérimentalement et comporter des facteurs de sécurité issus de l’expérience en service. Leur détermination est dépendante du système de collage – défini par l’association d’une colle, des substrats préparés et du procédé de fabrication –, de la stratégie et des exigences de conception souhaitées ainsi que des propriétés de la colle, employée en couche confinée. La démarche de dimensionnement nécessite donc de définir des méthodologies de caractérisation expérimentale associées à des méthodologies de calcul, dépendantes en particulier de la modélisation des comportements matériaux caractérisés.
Cet article concerne l’assemblage par collage de deux structures planes élancées, autrement dit l’assemblage collé en simple cisaillement, sous chargement quasi statique, éventuellement combiné à une variation uniforme de température. Ce type de structures peut se trouver par exemple dans les industries des transports (automobile, ferroviaire, naval, aéronautique et spatial), de l’énergie ou de la construction civile. L’assemblage collé en simple cisaillement est aussi largement utilisé industriellement pour l’évaluation des performances mécaniques du collage. L’objectif ici est de donner les solutions analytiques et hypothèses associées, disponibles dans la littérature, décrivant la répartition des contraintes dans la couche de colle. Leurs limitations sont aussi décrites et expliquées, tandis que des approches basées sur des schémas de résolution semi-analytique sont présentées comme des solutions alternatives. Cet article ne prétend donc pas à donner une méthodologie de dimensionnement des assemblages collés structuraux.
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MOTS-CLÉS
transfert d'effort simple recouvrement fondation élastique modélisation simplifiée formule analytique
KEYWORDS
load transfer | single lap shear | elastic foundation | simplified modeling | closed-form solutions
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Conclusion
Quand le cadre d’analyse de l’assemblage collé en simple cisaillement est restreint au comportement en membrane alors il est possible d’écrire des solutions analytiques pour un champ d’application large. Néanmoins, la restriction au comportement en membrane ne permet pas de considérer le pelage de la couche de colle induit par la flexion des substrats, qui réduit la tenue de l’assemblage.
Quand le cadre d’analyse comprend le comportement en membrane et en flexion, alors le champ d’application des solutions analytiques est restreint. En effet, la considération de deux substrats différents conduit à un couplage des équations différentielles gouvernant le système, complexifiant fortement son traitement mathématique. La deuxième restriction concerne l’application des conditions aux limites et de chargement ; les solutions analytiques existantes considèrent uniquement une configuration isostatique de l’assemblage, alors que, par exemple pour un essai de traction en laboratoire sur cette éprouvette, la configuration est hyperstatique. Une troisième restriction, applicable aussi au cadre d’analyse en membrane, est la prise en compte des non-linéarités matérielles, qui nécessite une résolution semi-analytique. Il est noté ici qu’il existe d’autres modélisations à résolution semi-analytique, non explicitées dans cet article -.
Par ailleurs, les modélisations présentées sont basées sur deux approches différentes. La première considère la couche de colle comme une fondation élastique tandis que la seconde comme un milieu continu plan. La différence principale entre les deux approches...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MYLONAS (C.), de BRUYNE (N.A.) - Adhesion and Adhesives. - N. A. de Bruyne and R. Houwink, eds., Elsevier, New York, p. 91-143. 83 (1951).
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(2) - SNEDDON (I.) - The distribution of stress in adhesive joints. - Adhesives (Ed. Eley, D) Chapter 9 (Oxford University Press) (1961).
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(3) - BENSON (N.K.) - Influence of stress distribution on the strength of bonded joints. Adhesion-Fundamentals and Practice. - Ministry of Technology, Maclaren, London, p. 191-205 (1969).
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(4) - van INGEN (J.W.), VLOT (A.) - Stress analysis of adhesively bonded single-lap joints. - TU Delft, Report LR-740, Delft (NL) (1993).
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(5) - da SILVA (L.F.M.), das NEVES (P.J.C.), ADAMS (R.D.), SPELT (J.K.) - Analytical models of adhesively bonded joints – Part I : Literature survey. - International Journal of Adhesion and Adhesives, 29, p. 319-330. doi : 10.1016/j.ijadhadh.2008.06.005 (2009).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Adhésifs – Détermination de la résistance au cisaillement en traction d’assemblages collés à recouvrement simple. - NF EN 1465 - 2009
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Adhesives – Determination of shear behaviour of structural adhesives – Part 2 : Tensile test method using thick adherends. - ISO 11003-2 - 2019
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