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Article

1 - ASSEMBLAGE PRÉCONTRAINT SOUMIS À UN EFFORT EXTÉRIEUR PORTÉ PAR L'AXE DU BOULON

2 - DÉTERMINATION DES RAIDEURS

3 - SOLLICITATIONS THERMIQUES

4 - PRESSION DE CONTACT ENTRE LES PIÈCES ASSEMBLÉES

5 - CONSIDÉRATIONS SUR L'ESPACEMENT ENTRE DEUX BOULONS (OU VIS) SUCCESSIFS

Article de référence | Réf : BM5561 v1

Considérations sur l'espacement entre deux boulons (ou vis) successifs
Calcul des assemblages vissés - Assemblages chargés axialement

Auteur(s) : Jean GUILLOT

Date de publication : 10 nov. 2007

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RÉSUMÉ

L’objectif de cet article est d’expliquer le comportement des assemblages vissés chargés axialement. Exemple est pris avec un assemblage précontraint soumis à un effort extérieur porté par l’axe du boulon : mise en précontrainte, chargement de l’assemblage et assemblage. Est ensuite présentée la détermination des raideurs, tels que la répartition des contraintes, la raideur axiale du bouton ou la raideur des pièces assemblées. Les sollicitations thermiques sont ensuite abordées : expression générale, cas particulier, calcul de contraintes, etc. Les considérations sur l’espacement entre deux boulon ou vis successifs concluent cet article.

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ABSTRACT

The aim of this article is to explain the behavior of axially loaded screw joints. A prestressed joint subjected to an external stress carried by the bolt axis is provided: prestressing, loading the joint and joining. Following, the determination of stiffness is presented, such as the distribution of constraints, the axial stiffness of the bolt or the stiffness of the assembled parts. Thermal stresses are then addressed: general expression, specific case, calculation of constraints, and so forth. The article concludes with discussions concerning the distance between two successive bolts or screws.

Auteur(s)

  • Jean GUILLOT : Professeur émérite - Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSAT)

INTRODUCTION

Ce dossier traite, dans une première partie, du comportement des assemblages boulonnés précontraints pour lesquels on peut admettre que le chargement qui leur est appliqué est axial.

Pour ce type d'assemblage, le supplément d'effort qui est supporté par le boulon est toujours bien inférieur à l'effort appliqué et dépend des raideurs relatives des éléments de l'assemblage et de la forme des pièces.

Ce phénomène, qui est une caractéristique des systèmes précontraints, est particulièrement intéressant dans le cas de sollicitations de fatigue, puisque, si l'on a installé une précontrainte suffisante, un choix judicieux de la forme des pièces et de leur raideur permet de diminuer très fortement la valeur de la contrainte alternée dans la vis et d'assurer ainsi une bonne sécurité en fatigue.

Dans une deuxième partie, les modèles de calcul des raideurs des boulons et des pièces les plus récents sont présentés et discutés. Puis le calcul des sollicitations dues aux variations de température est abordé ainsi que les problèmes de répartition de pression de contact à l'interface et la détermination de l'espacement entre deux boulons successifs.

Pour de plus amples renseignements concernant les vis et les boulons, ainsi que les normes les concernant, le lecteur est invité à se reporter au dossier [BM 5 560], premier de la série concernant la modélisation et le calcul des assemblages vissés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5561


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5. Considérations sur l'espacement entre deux boulons (ou vis) successifs

Dans tous les cas, l'espacement (ou pas) minimal est déterminé par l'outil de serrage. On peut considérer deux cas.

  • Pièces rigides en flexion sans joint

    Si l'on désire une continuité du contact, compte tenu des remarques précédentes et dans le cas le plus favorable, l'espacement entre deux boulons successifs devrait vérifier :

    En fait, cette condition est, dans la plupart des cas d'assemblages, bien trop restrictive ; dans bien des cas, on admettra un léger décollement des pièces entre deux boulons successifs. Le problème qui se pose est celui de la forme des pièces pour assurer la reprise des efforts par l'assemblage sans flexion trop importante.

  • Pièces en appui sur un joint (de module d'élasticité faible par rapport à celui de la pièce (figure 38a)

    On peut déterminer l'espacement approprié entre les boulons en considérant la bride en appui sur une fondation élastique (le joint).

    Sous cette condition, l'effort par unité de longueur p (x ) développé entre les boulons, pour N  ′ boulons également espacés de δ, peut être déterminé par :

    avec :

     : 
    ,
    A
     : 
    eβx (cos βx + sin βx ), βx exprimé en radians,
    Ej
     : 
    module d'élasticité du joint (MPa),
    Eb
     : 
    module d'élasticité de la bride (MPa),
    Ib
     : 
    ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BIKFORD (J.H.) -   An introduction to the design and behaviour of bolted joints.  -  Marcel Dekker Inc. (1998).

  • (2) - VDI-2230 -   Systematische Berechung Hochbeanspruchter Schraubenverbindungen Zylindrische Einschraubenverbin-dungen.  -  Dusseldorf, fév. 2003.

  • (3) - MASSOL (J.) -   Étude des assemblages boulonnés à chargement faiblement excentré soumis à des sollicitations de fatigue.  -  Thèse de doctorat de l'INSA de Toulouse 29 déc. 1994.

  • (4) - ALKATAN (F.) -   Modélisation des raideurs des assemblages par éléments filetés précontraints.  -  Thèse de doctorat de l'INSA de Toulouse 9 déc. 2005.

  • (5) - SAWA (T.), MARUYAMA (K.) -   On the deformation of the bolt head and nut in bolted joint.  -  Bulletin JSME, v. 19. 128, p. 203-211 (1976).

  • (6) - FUKUOKA (T.) -   Analysis...

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