Présentation
En anglaisNOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1993-1-2/NA (P22-312-1/NA) du 01/10/2007 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1993-1-2/NA/A1 de septembre 2021 : Eurocode 3 - Calcul des structures en acier - Partie 1-2 : règles générales - Calcul du comportement au feu - Annexe Nationale à la NF EN 1993-1-2:2005 - Règles générales - Calcul du comportement au feu
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).
RÉSUMÉ
Cet article aborde la question du dimensionnement des assemblages de pièces planes minces. On s'intéresse ici au cas du travail en matage-cisaillement, sous chargement statique à la rupture.? Ces structures sont caractérisées par le fait qu'elles comportent généralement plusieurs rangées de boulons et que la résistance de l'assemblage n'est pas déterminée par celle du boulon le plus chargé, mais par celle de l'ensemble des pièces assemblées. Dans ce dossier sera étudié le comportement des assemblages sous une sollicitation statique et notamment sera traité le problème délicat du calcul de la répartition des charges sur les différentes rangées de fixation d'un éclissage.
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This article deals with the issue of the dimensioning of thin plane parts. It focuses on the case of shear and bearing stress under static loading up to rupture. These structures are characterized by the fact that they are generally composed of several rows of bolts and that the resistance of the assembly is not determined by that of the most loaded bolt but by that of each assembled part. This article presents the behavior of such assemblies under static stress and notably deals with the complex problem of calculating the load-distribution on the various fastening rows of a fish-plating.
Auteur(s)
-
Jean GUILLOT : Professeur Émérite - Institut national des Sciences Appliquées de Toulouse (INSAT)
INTRODUCTION
Ce fascicule traite du problème du dimensionnement des assemblages de pièces planes minces, c'est-à-dire de pièces dont l'épaisseur est faible par rapport aux autres dimensions, comme les éclissages de structures aéronautiques et les assemblages de charpente métallique.
Ce qui caractérise ces assemblages, comparés à ceux étudiés dans les fascicules précédents [BM 5 561] [BM 5 562] [BM 5 563], c'est qu'ils comportent pratiquement toujours plusieurs rangées de boulons et que la résistance de l'assemblage n'est plus déterminée par celle du boulon le plus chargé, mais par celle des pièces assemblées.
Nous ne présenterons pas ici dans le détail, les calculs spécifiques aux différents types, qui sont traités dans les codes de calcul spécialisés (Eurocode 3 pour les charpentes métalliques) ou dans les manuels de calcul de structures aéronautiques. Nous avons essayé de faire une présentation unifiée, de montrer l'influence des différents paramètres et d'en tirer les principales règles de conception, applicables en construction mécanique générale.
Toutefois, nous avons choisi de traiter dans le détail de la prise en compte de la précontrainte de serrage dans le calcul des assemblages travaillant en matage-cisaillement et de la recherche du serrage optimal.
En effet, ce point est souvent ignoré des ingénieurs (et négligé à tort), alors qu'il peut constituer un moyen simple d'augmenter de manière importante la durée de vie en fatigue, au même titre que les montages avec interférence.
Dans cette première partie, on traite du comportement des assemblages sous une sollicitation statique et notamment du problème délicat du calcul de la répartition des charges entre les rangées de fixation d'un éclissage.
La deuxième partie est essentiellement consacrée au comportement des assemblages sous sollicitations variables avec le temps et au calcul de leur durée de vie.
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Présentation
6. Conclusion
Dans cette première partie, nous avons présenté les méthodes de dimensionnement des assemblages travaillant en matage-cisaillement, sous chargement statique à la rupture. Pour les éclissages qui comportent plusieurs rangées de boulons, ces calculs restent simples et efficaces car, à la rupture, les plaques sont déformées plastiquement autour de tous les trous et toutes les fixations transmettent le même effort maximal, qui correspond à l'effort à rupture d'une fixation seule.
Paradoxalement, le comportement des éclissages travaillant par adhérence est plus difficile à appréhender. Si, à la rupture, le calcul est le même, l'assemblage présente, avant glissement, une rigidité globale bien plus grande qui traduit la très grande rigidité de chaque fixation donnée par le transfert de l'effort par adhérence. Or, on ne dispose pas de méthode de calcul permettant d'évaluer la « flexibilité » de ces fixations, et le calcul de la répartition des efforts entre les différentes rangées de fixations, avant d'atteindre le glissement d'ensemble, reste problématique.
Actuellement, le pré-serrage dans les assemblages travaillant au matage-cisaillement, n'est pas pris en compte dans les calculs, même si, en pratique, on recommande d'installer un serrage important, sachant par expérience que la tenue en fatigue s'en trouve améliorée. Nous avons montré, à partir d'un modèle de comportement très simplifié, que ce paramètre ne devrait pas être négligé et que sous des chargements statiques ou répétés, il pouvait modifier, de manière importante, la répartition des charges entre les rangées d'un éclissage et augmenter l'effort transféré par la ligne la plus chargée.
Dans la deuxième partie, consacrée aux calculs en fatigue, nous verrons que cet inconvénient est largement compensé par deux phénomènes favorables : l'hystérésis due au frottement sec, qui diminue l'amplitude de variation des contraintes, et les contraintes de compressions introduites par le pré-serrage, qui créent un état de contrainte favorable à la résistance à l'amorçage des fissures de fatigue. Alors, l'installation d'un pré-serrage optimal peut permettre, au même titre que les montages avec interférence, d'augmenter de façon importante la durée de vie d'un assemblage à transfert mixte de charge, ce qui peut justifier d'autres pratiques de conception et de mise en œuvre de ces assemblages.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTAUX (J.) - Les assemblages mécaniques en aéronautique civile : tendances actuelles et perspectives. - Les assemblages mécaniques Cetim 3G27, p. 13-49.
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(2) - HUET (J.) - Du calcul des assemblages par boulons ou rivets travaillant en cisaillement. - Les assemblages mécaniques Cetim 3G27, p. 133-147.
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(3) - MUZEAU (J.P.) - Caractéristiques mécaniques de boulons sertis précontraints de type Huck. - Calcul des assemblages vissés Cetim, p. 1-32, 5 déc. 2000.
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(4) - ALEMANY (B.), ALBERT (M.) - Boulons précontraints pour assemblages à haute rigidité. - Éditions Dunod, Paris (1967).
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(5) - BARROIS (W.) - Stresses and displacements due to load transfer by fasteners in structural assemblies. - Engineering Fracture Mechanics (Pergamon Press), vol. 10, p. 115-176 (1978).
-
(6)...
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