Bibliographie & annexes
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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1090-2+A1 d'octobre 2011 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1090-2 (P22-101-2) : Exécution des structures en acier et des structures en aluminium - Partie 2 : Exigences techniques pour les structures en acier" Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1807 (septembre 2018).
RÉSUMÉ
Les calculs en fatigue des assemblages de pièces minces travaillant en matage-cisaillement conduisent à la conclusion qu’il est possible d’augmenter de façon conséquente la durée de vie en installant une précontrainte suffisante de pré-serrage. Aucune méthode de prédiction fiable n’existe à ce jour. Par contre, des résultats expérimentaux, grandeur nature ou portant sur des essais sur éprouvettes, ont permis l’élaboration d’une méthode simple facilitant la détermination de la force de précontrainte à appliquer. La répartition des efforts entre les fixations d’un assemblage, le problème de la stabilité d’un système vis-écrou ou la perte d’adhérence sous la tête et dans les filets sont des paramètres qui conditionnent également les causes de desserrage.
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Fatigue calculations of thin parts subjected to caulking and shearing forces lead to the conclusion that their life time can be significantly increased by providing sufficient prestressing prior to screwing. There is currently no reliable prediction method available. However, experimental results be they full-size or tests on test-pieces have allowed for the elaboration of a simple method facilitating the evaluation of the prestress force to be applied. The distribution of stresses between assembly fasteners, the issue of the stability of a screw-nut system or the loss of adherence under the heads and in the threads are parameters which can also cause loosening.
Auteur(s)
-
Jean GUILLOT : Professeur Émérite Institut national des Sciences Appliquées de Toulouse (INSAT)
INTRODUCTION
Dans la première partie [BM 5 564], nous avons présenté le dimensionnement à la rupture des assemblages travaillant en cisaillement. Nous avons également présenté les assemblages travaillant par adhérence et traité du calcul du transfert de charge entre les rangées de fixations d'un éclissage, en montrant la complexité du problème, lorsque le serrage des boulons est important et que le transfert de charge par frottement qui en découle n'est plus négligeable.
Dans cette deuxième partie, nous traitons plus particulièrement du calcul en fatigue des assemblages travaillant en matage-cisaillement, puis nous montrons que l'on peut augmenter considérablement la durée de vie en installant une précontrainte suffisante. Ce problème essentiel est actuellement peu connu, et il n'existe pas de méthode de prédiction éprouvée. Par contre, des résultats expérimentaux récents montrent de façon évidente que l'on peut multiplier la durée de vie par dix, voire par cent, en appliquant un serrage approprié du boulon et nous proposons une méthode simple de détermination de la force de précontrainte à installer.
Pour compléter cette présentation, nous traitons du calcul de la répartition des charges entre les fixations dans le cas d'une disposition et d'un chargement quelconques ainsi que du problème de la stabilité de l'assemblage.
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Stabilité des assemblages
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2. Répartition des efforts entre les fixations d'un assemblage à chargement excentré
Le problème général de la répartition des efforts entre deux pièces planes, soumises à un chargement quelconque, assemblées par plusieurs boulons (ou rivets) ajustés sans jeu et serrés convenablement, de dimensions différentes et de disposition dans le plan quelconque, n'a pas de solution analytique satisfaisante. Il ne peut être traité de manière précise qu'en utilisant la simulation par éléments finis, à condition d'être capable de réaliser un modèle pertinent, c'est-à-dire suffisamment simple pour que le temps de calcul reste raisonnable tout en représentant bien le comportement complexe de ces liaisons ce qui reste un exercice difficile même pour un opérateur averti.
Compte tenu de ces difficultés, de nombreuses approches analytiques plus ou moins précises, adaptées à certains types de calculs ont été proposées.
Dans cette partie, nous présentons une rapide revue bibliographique qui permet de préciser les différentes hypothèses retenues compte tenu du domaine d'application. Puis nous présentons une approche basée sur la connaissance de la flexibilité des liaisons et nous traitons du problème de caractérisation, sous forme d'une rigidité en torsion équivalente, du comportement d'un assemblage multiboulonné.
2.1 Différentes méthodes proposées de la littérature
Le problème à traiter peut être représenté par l'assemblage de la figure 19. La pièce 1 est plane et assemblée à la pièce support 2 par plusieurs liaisons boulonnées (ou rivetées) dont la position dans le plan de liaison est définie par leurs centres Bi . En A, on applique à la pièce 1 un torseur composé d'un effort
situé dans le plan de la pièce et d'un moment
normal au plan.
On souhaite en général calculer l'effort transmis par la fixation la plus chargée mais on peut également chercher la disposition des fixations la meilleure, c'est-à-dire celle qui répartira le mieux possible les efforts à transmettre entre toutes les fixations.
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Répartition des efforts entre les fixations d'un assemblage à chargement excentré
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AFNOR-NF EN 1090-2 - Assemblages par boulons injectés. - (2008).
-
(2) - ANDRIAMAMPIANINA (J.) - Optimisation des assemblages de plaques minces par boulons ajustés sans jeu. - Doctorat de l'Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, 6 déc. 1991.
-
(3) - ARIBERT (J.M.), MACHALY (E.S.) - Comportement à la rupture d'assemblages excentriques par boulons à haute résistance. - Construction métallique, no 3, p. 18-32 (1974).
-
(4) - AZIZ (H.) - Étude du dévissage spontané des assemblages boulonnés. - Doctorat de l'Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse. Génie mécanique, mars 2003.
-
(5) - BERTAUX (J.) - Les assemblages mécaniques en aéronautique civile : tendances actuelles et perspectives. - Les assemblages mécaniques Cetim 3G27, p. 133-147 (1995).
-
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À lire également dans nos bases Base « Fonctions et composants mécaniques »
LU (J.) - LIEURADE (H.) - Concentration de contraintes. - [BM 5 040] (1998).
LU (J.) - Fatigue des alliages ferreux. Définitions et diagrammes. - [BM 5 042] (2002).
LU (J.) - Fatigue des alliages ferreux. Facteurs d'influence. - [BM 5 043] (2003).
LU (J.) - Fatigue des alliages ferreux. Exemples de calcul. - [BM 5 044] (2003).
DUPRAT (D.) - Fatigue et mécanique de la rupture des pièces en alliage léger. - [BM 5 052] (1997).
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Autres articles sur les assemblages vissés
GUILLOT (J.) - Modélisation et calcul des assemblages vissés. - [BM 5 560] (2007).
GUILLOT (J.) - Calcul des assemblages vissés. Assemblages chargés axialement. - [BM 5 561] (2007).
GUILLOT (J.) - Calcul des assemblages vissés. Assemblages soumis à une charge excentrée. Partie 1. - [BM 5 562v2] (2008).
GUILLOT (J.) - Calcul des assemblages vissés. Assemblages soumis à une charge excentrée. Partie 2. - [BM 5 563v2] (2008).
GUILLOT (J.) - Calcul des assemblages vissés. Assemblages de pièces planes de faibles épaisseurs. Partie 1. - [BM 5 564] (2010).
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