Technologie de la fiabilité

Tenue d'un boulon sous l'effet de charges dynamiques

De nombreux cas en mécanique font intervenir des sollicitations alternées et cycliques (ex: verins etc..). Ces sollicitation cycliques entraînent une fatigue des éléments d'assemblages. La sollicitation de fatigue d'un boulon (traction ondulée) correspond à la superposition d'un effort moyen Fm constant et d'une charge dynamique alternée Fa.

Les essais d'endurance permettent de mettre en évidence la contrainte dynamique admissible (en général 10 X inférieure à la contrainte admissible). On constate que la tenue dynamique des boulons est peu sensible à la valeur de la charge statique et quasi indépendante de la classe de qualité.
Dans la pratique une valeur maximale de la contrainte dynamique admissible de 50 Mpa convient pour les boulons des classes 8-8, 10-9, 12-9.
Ces faibles valeurs de tenue à la fatigue sont dues à l'importance de la déformation plastique à fond de filet.

Enfin, il faut noter que la tenue dynamique d'un assemblage boulonné n'est pas liée à la seule tenue intrinsèque du boulon vérifiée dans le cadre d'éssais spécifiques mais dépend des caractéristiques géométriques et mécaniques des pièces constitutives de l'assemblage.

Comportement d'un assemblage vissé sous charge

On se place dans le cas d'un assemblage: - Pression supposée uniforme sur la surface de reprise des moments de flexion de diamètre W (base du cône). W = a + e - Charge extérieure appliquée F, centrée sur l'axe de la vis (contrainte de flexion nulle). - toute l'étude reste dans la zone élastique des vis et de pièces à assembler. - assemblage du type "boulon" : vis + écrou sans rondelle. - la base du cône de reprise définit un cercle complet sur le plan de joint.

Etude des efforts dans l'assemblage (précharge: Fo)

On définit un coefficient de rigidité K (exprimé en N/mm) tel que: avec L: longueur sollicitée E: module d'young des matériaux S: section sollicitée Soit F0 l'effort de serrage initial (précharge). L'allongement du boulon dû à cet effort de serrage est : L'étude statique permet d'écrire que la contraction des éléments assemblés est: Ka et Kb représentent les rigidités respectives des pièces assemblées (Ka) et du boulon (Kb).

Etude des efforts dans l'assemblage soumis à une charge extérieure (Fe)

On constate donc l'intérêt d'une précharge et de l'utilisation des vis "élastiques"lors d'assemblages soumis à de la fatigue afin de filtrer éfficacement les sollicitations dynamiques. On essayera donc dans la conception de tels assemblages d'aumenter la longueur des vis et de diminuer leurs diamètre dans les limites de leurs résistance aux charges.