Dissertations / Theses: 'Assemblages à boulons'

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Aziz, Hazem. "Etude du dévissage spontané des assemblages boulonnés." Toulouse, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAT0002.

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Abstract:

Cette étude est faite dans le but de comprendre comment un assemblage boulonné se desserre ou se dévisse sous des sollicitations dynamiques. Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude bibliographique portant sur les différents modes de sollicitations, axiales, transversales ou en rotation, ainsi que sur les normes. Nous avons ensuite abordé une étude expérimentale du dévissage spontané, sous sollicitations axiales. Nous avons défini, calculé et optimisé un premier montage expérimental travaillant en résonance. Nous avons réalisé ensuite un deuxième montage utilisant une masse inertielle, qui nous a permis d'observer les vissages et dévissages spontanés. Nous avons aussi mené des essais sous sollicitations transversales. Des mesures précises nous ont permis de déterminer des seuils de déplacement de la pièce serrée, à partir desquels le dévissage survient de façon certaine. Nous avons obtenu aussi un seuil de glissement de la tête de vis sur son appui et un seuil de glissement de la partie filetée dans son taraudage, sensiblement indépendants du niveau de précharge. Nous avons enfin modélisé le dévissage spontané, en premier temps analytiquement pour une vis courte ensuite par éléments finis pour une vis longue, et nous avons proposé un critère du dévissage spontané des vis courtes
This study is made with the aim of including how a bolted assembly loosens spontaneously under dynamic loadings. In a first time, we made a bibliographical study covering the various methods of loading, axial, transverse or in rotation, as well on the standards. We then approached an experimental study of spontaneous unscrewing under axial loadings. We defined, calculated and optimised a first experimental assembly working in resonance. We carried out then a second assembly using an inertial mass, which enabled us to observe spontaneous screwings and unscrewings. We also carried out tests under transverse loadings. Precise measures enabled us to determine thresholds of displacement of the clamped part from which unscrewing certainly occurs. We also obtained a threshold of slip of the screw head on its bearing surface, and a slip threshold of the threading, appreciably independent of the preload level. We modelled finally spontaneous unscrewing in first time analytically for a short screw then by finite elements for a long screw, and we proposed a criterion of the spontaneous unscrewing of the short screws

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To, Minh Nhat. "Mastic fonctionnalisé pour l’amélioration de la performance mécanique des assemblages boulonnés." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2024. http://www.theses.fr/2024ESAE0019.

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Abstract:

La technique d'assemblage joue un rôle crucial dans la formation de la structure et dans le transfert des charges entre les composants. Ce projet de recherche approfondit l'idée des technologies d'assemblage boulonné-mastiqué dans le domaine de la conception structurelle, en se concentrant particulièrement sur l'amélioration des performances mécaniques des assemblages boulonnés en plus de la capacité de protection contre la corrosion. Sur l'optimisation du rapport résistance/poids des assemblages boulonnés traditionnels, notre recherche propose une nouvelle méthodologie pour améliorer ces assemblages grâce au développement et à l'application des mastics élastomères fonctionnalisés.L'objectif principal de l'étude consiste en une caractérisation et une modélisation complète du comportement mécanique en fatigue des matériaux élastomères utilisés dans les couches de mastic et les assemblages boulonnés mastiqués. Manipulant diverses techniques de simulation allant de l'analyse 1D aux méthodes d'éléments finis 2D et 3D, ce travail introduit une méthodologie pour réduire le temps et le coût impliqués dans les tests expérimentaux, tout en augmentant la précision de la prédiction du comportement mécanique. L'étude vise également à déterminer le niveau approprié de complexité de la modélisation, en tenant compte de l'évolution des capacités de calcul. Une attention particulière sera accordée à la simulation des assemblages collés purs et boulonnés-mastiqués à double recouvrement, en élargissant son champ d'application aux matériaux élastomères. L'identification des matériaux est également un point fort de cette recherche, y compris les approches analytiques et numériques. L'efficacité de ces méthodologies de simulation sera validée en comparant les résultats des simulations avec les résultats des tests expérimentaux, en utilisant des solutions techniques telles que la stéréo-corrélation et la thermographie infrarouge.Le deuxième volet de la recherche vise la formulation d'un mastic fonctionnalisé, destiné à nécessairement améliorer la tenue en fatigue des assemblages boulonnés dans les applications aérospatiales. Les principaux défis incluent l'augmentation de la résistance mécanique de l'adhésif renforcé au carbure de silicium, en particulier sous chargement cyclique, la diminution de la charge transférée par le boulon en configuration BS. Le résultat souhaité est une amélioration significative des performances d'assemblage boulonné-mastiqué lorsque la couche de mastic n'est pas encore endommagée. Cette enquête vise à fournir une compréhension complète des matériaux élastomères dans les joints boulonnés-mastiqués, offrant une base scientifique pour de nouvelles formulations de mastics et facilitant les progrès des technologies d'assemblage aérospatiales
Assembly technique plays a crucial role in the formation of the structure and in transferring loads between components. This research project delves into the idea of bolted-sealed (BS) assembly technologies in the field of structural design, particularly focusing on improving the mechanical performance of bolted joints besides the capability of corrosion protection. On optimizing the strength-to-weight ratio of traditional bolted joints, our research offers a novel methodology to improve these connections through the development and application of functionalized elastomeric sealants.The primary aim of the study involves a comprehensive characterization and modeling of the mechanical fatigue behavior of elastomeric materials used in sealant layers and BS assemblies. Manipulating various simulation techniques from 1D analytical to 2D and 3D finite element methods, this work introduces a methodology to reduce the time and cost involved in experimental testing, while increasing the accuracy of mechanical behavior prediction. The study also aims to determine the appropriate level of modeling complexity, taking into account evolving computation capabilities. Particular attention will be given to simulating double-lap pure bonded and BS assemblies, expanding its application scope to elastomeric materials. Material identification is also a highlight in this research, including analytical and numerical approaches. The efficacy of these simulation methodologies will be validated by comparing simulation outcomes with experimental test results, using technical solutions such as stereo-correlation and infrared thermography.The second aspect of the research targets the formulation of a functionalized sealant, intended to necessarily enhance the fatigue life of bolted assemblies in aerospace applications. Key challenges include increasing mechanical resistance of silicon-carbide-reinforced sealant especially under cyclic loading, decreasing the load transferred by the bolt in BS configuration. The desired outcome is a significant fatigue improvement in BS assembly performance when the sealant layer remains undamaged. This investigation aims to provide a comprehensive understanding of elastomeric materials in BS joints, offering a scientific basis for novel sealant formulations and facilitating advancements in aerospace assembly technologies

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VADEAN, AURELIAN. "Modelisation et simulation du comportement des liaisons par elements filetes de roulements de tres grand diametre." Toulouse, INSA, 2000. http://www.theses.fr/2000ISAT0012.

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Abstract:

Cette these traite de l'etude du comportement des fixations de roulements de tres grand diametre et de la mise au point d'un modele simplifie permettant un calcul precis et rapide des vis de fixation. Dans la premiere partie, le probleme est situe dans le contexte industriel de l'utilisation de ces roulements et la notion essentielle de chargement equivalent qui permet de justifier le passage du modele complet au modele axisymetrique equivalent est introduite. Une etude par elements finis tridimensionnels des fixations de trois types de roulements, dans l'hypothese de pieces-support indeformables, montre qu'on peut les classer en deux categories : roulements a billes ou a rouleaux croises au comportement non-lineaire complexe et roulements a trois rangees de rouleaux au comportement plus proche d'une bride cylindrique classique, mais pour lesquels les supplements de contraintes dues au moment de flexion sont superieurs a ceux dus aux variations d'efforts axiaux. Pour traiter ces differents cas, nous avons developpe un modele numerique dont la partie originale est un element hybride, qui permet de prendre en compte avec precision, les raideurs axiales de la liaison boulonnee et leur repartition, la raideur en flexion de l'anneau ainsi que la composante radiale de chargement. Cette modelisation ne necessite qu'un seul calage par categorie de roulement et donne des resultats suffisamment precis pour un dimensionnement en fatigue de la vis. Une etude parametrique par elements finis 3d montre alors l'influence de la forme et des dimensions de la piece-support sur le comportement de la liaison roulement-bati. Enfin, les comparaisons entre les resultats obtenus lors des essais experimentaux et ceux obtenus par le modele numerique hybride permettent de considerer le modele developpe, comme tout a fait satisfaisant.

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Montagne, Benoit. "Effet de l'interaction fixation composite sur les modes de rupture des assemblages boulonnées composites." Thesis, Toulouse, ISAE, 2020. http://www.theses.fr/2020ESAE0012.

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Abstract:

La problématique abordée dans ces travaux de thèse est l’influence de l’interaction entre lesfixations et le composite sur la tenue des assemblages boulonnés composites. Le passage desefforts d’assemblages dans le composite par les boulons engendre des dégradations localesconduisant à des modes de rupture variés du composite en fonction des principaux paramètresde conception. L’objectif de cette thèse est d’identifier la complexité de modélisation nécessairepour traduire l’effet de ces paramètres de conception sur l’apparition des différents modes derupture des matériaux composites et leur conséquence sur le dimensionnement desassemblages boulonnés. Cette thèse repose sur l’étude d’une importante base de donnéesexpérimentale de résultats d’essais sur assemblages en simple et double cisaillement fournieDassault Aviation à laquelle s’ajoute des essais multi-instrumentés menés au laboratoire. Cetteétude permet d’une part d’identifier les paramètres les plus influents sur les modes de rupturedes assemblages boulonnés composite et d’autre part d’identifier les dégradations entrainant lesmodes de ruptures observées. Ces résultats expérimentaux servent également de base decomparaison pour la validation des modèles éléments finis développés. Ces modèles sont mis aupoint dans un souci de complexité croissante. Cette complexité se décompose en un aspectgéométrique, c’est-à-dire l’étude de la modélisation des différentes pièces en jeu, et en un aspectmatériel avec l’étude du comportement matériau de ces pièces. L’analyse des modèles élémentsfinis linéaires basés sur des cinématiques de membrane et des plaques révèle la limite del’utilisation de critères de rupture au premier pli pour les assemblages boulonnés. Cesmodélisations sont alors enrichies avec une loi de comportement endommageable du composited’une part. Cela permet de mettre en place des scénarios d’endommagement du matériau et deréaliser des corrélations essais/calculs. D’autre part, un modèle volumique est développé pourévaluer l’apport de cette modélisation avec notamment une meilleure représentation desinteractions entre les substrats
The problematic studied in this thesis is the influence of the interaction between fixations andcomposite on the bolted joint behavior. Stresses are crossing the joint thanks to the bolt. Thiscreates local degradations and results in various failing modes depending on conceptionparameters. The goal of this thesis is to identify the needed complexity to explain the effect ofthese conception parameters on the various composite failing modes apparition and theirconsequences on bolted joints dimensioning. This study is based on the analysis of an importantexperimental database on composite single and double lap bolted joints provided by the industrialpartner and on multi-instrumented tests lead in the laboratory. It permits identifying the mostinfluent parameters on the failure modes of composite bolted joints. Moreover the degradations ofthe composite material are studied in order to establish damaging scenarios. These experimentalresults are compared to finite element models to validate their robustness. These finite elementmodels are developed with a growing complexity. This complexity is decomposed in two aspects:the geometrical modeling of the different parts and the material behavior. The analysis of linearfinite element model based on membrane and shell cinematic underlines the limit of using failurecriteria to study the failure of composite bolted joints. Thus these models are enhanced with thenonlinear behavior of the composite material thanks to a continuous damaging law. It permitsestablishing damaging scenarios and to compare them with experimental results. Finally avolume model is developed to ensure a better representation of the parts interaction and evaluatethis contribution on the study

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Alkatan, Feras. "Modélisation des raideurs des assemblages par éléments filetés précontraints." Toulouse, INSA, 2005. http://www.theses.fr/2005ISAT0033.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse consistent à étudier les raideurs des éléments constitutifs des assemblages en fonction de tous les paramètres définissant la conception. Cette étude s'appuie sur une modélisation par Eléments Finis validée par une expérimentation. Elle permet d'en tirer des modèles de calcul permettant une détermination précise et rapide de ces raideurs. Dans la première partie, on montre l'intérêt de calculer avec précision les raideurs équivalentes des pièces et des boulons pour le dimensionnement de l'assemblage, une meilleure maîtrise du serrage à l'angle ou de la mise en précontrainte par tendeur hydraulique. La connaissance des raideurs est également nécessaire pour créer des modèles E. F simplifiés. L'étude critique complète et l'analyse des principales méthodes de calcul des raideurs équivalentes qui ont été proposées jusqu'ici, montrent des différences importantes entre les formulations proposées. D'où la nécessité de reprendre ces études avec les moyens modernes de simulation. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à la justification des méthodes de détermination proposées qui permettent de s'affranchir de la mesure des déplacements, principale source d'erreur constatée dans les travaux précédents. Les travaux réalisés pour déterminer les raideurs des boulons et des pièces cylindriques en fonction des différents paramètres sont alors présentés ainsi que les essais de vissage à l'angle permettant de valider les résultats de très nombreuses simulations réalisées. L'ensemble de ces travaux de simulations très importants sont résumés sous forme d'une méthode pratique de calcul qui permet la détermination précise des raideurs des boulons et des pièces cylindriques dans toutes les situations. Dans une troisième partie, pour compléter l'étude, nous nous sommes intéressés à des cas spécifiques de l'assemblage comme celui des pièces prismatiques avec des trous excentrés, et celui de l'empilage de deux pièces assemblées. Des solutions originales basées sur la connaissance de la raideur des pièces cylindriques de révolution ont été proposées ainsi qu'une étude analytique avancée donnant des résultats satisfaisants dans le cas des pièces prismatiques. Enfin, la quatrième partie propose une modélisation analytique du système vis écrou permettant d'appréhender la répartition des efforts au niveau des filets, de la rigidité en flexion de l'écrou et de la partie en prise de la vis. L'ensemble des études réalisées sur les raideurs permet alors de construire des modèles simplifiés équivalents à l'ensemble du boulon en éléments finis
Work of this thesis consists of studying the stiffness of the components of the assemblies according to all the parameters defining the design. This study is based on a Finite Elements model validated by an experiment. It leads to models of calculation allowing a precise and fast determination of these stiffnesses. The first part deals with the interest to calculate with precision the equivalent stiffness of the parts and of the bolts for the dimensioning of the assembly, for a best tightening angle control or for a best application of the preload by hydraulic tension tool. The knowledge of the stiffness is also necessary to create a simplified model F E for the bolt. A critical study and an analysis of the principal methods of calculation of the equivalent stiffness proposed up to now show us significant differences between the formulations suggested. Consequently, it's pertinent to make these studies again with the modern means of simulation. In the second time, we are interested in the justification of the methods of determination which make it possible to avoid the measurement of displacements, principal source of error noted in preceding work. So, we give all the results of the bolt's and the cylindrical part's stiffnesses according to the various parameters. Tests of tightening angle make it possible to validate the results of very many simulations carried out. The whole of this very significant work of simulations is summarized in the form of a practical method of calculation which allows a precise determination of the bolt's and the cylindrical part's stiffnesses in all the situations. In a third part, to complete the study, we are interested in the case of the prismatic parts with offset holes and of stacking assembled parts. So, we propose an original solutions based on the knowledge of the revolution cylindrical part's stiffness and an advanced analytical study giving satisfactory results in the case of the prismatic parts. The fourth part proposes an analytical model of the bolted nut making it possible to determine the distribution of the efforts on the thread bolted and the inflection stiffness of the nut and the bolted engaged part. The whole of the studies leads us to build equivalent finite element models for the bolt

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Paroissien, Eric. "Contribution aux assemblages hybrides (boulonnés/collés) - Application aux jonctions aéronautiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00171103.

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Abstract:

Un assemblage est dit hybride quand il associe deux techniques d'assemblage différentes. La présente étude s'intéresse à la combinaison du collage et du boulonnage. Les jonctions longitudinales de fuselage d'avions civils, montées en simple cisaillement, constituent un cas d'application des travaux. Des outils paramétriques sous la forme de programmes informatiques sont mis au point et donnent la répartition des transferts de charge dans les substrats et dans les fixations ainsi que la répartition des contraintes adhésives, en fonction des paramètres géométriques et mécaniques de l'assemblage. Ces outils reposent sur le développement de modélisations analytiques 1D et 2D, qui supposent un comportement élastique et isotrope des matériaux, et qui sont basées sur la création de nouveaux éléments finis formulés pour simuler deux substrats collés. Un modèle 3D EF est développé afin d'accéder aux comportements mécaniques locaux, et dont l'utilisation est intéressante dans la détermination des raideurs des fixations utilisées dans les modélisations analytiques. La mesure expérimentale du taux de transfert aux fixations sous faibles charges à l'aide de boulons instrumentés valide et calibre les approches analytiques et numériques, tandis que les essais en fatigue estiment les gains en durée de vie.

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Bakhiet, Ezzat Mohamed. "Etude des assemblages boulonnés à chargement fortement excentré soumis à des sollicitations de fatigue." Toulouse, INSA, 1994. http://www.theses.fr/1994ISAT0045.

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Abstract:

L'objectif de cette these est de disposer de modeles de calcul precis, permettant d'evaluer les supplements d'effort et de moment de flexion dans la vis, lorsque les assemblages sont soumis a des sollicitations exterieures d'intensite variable. Pour cela: nous avons mis au point un modele de simulation par elements finis parametre prenant en compte les conditions de contact a l'interface entre les deux pieces, que nous avons valide experimentalement. Cette technique nous a permis de simuler un grand nombre d'assemblages de geometries differentes, soumis a trois valeurs de precontrainte. Nous avons ameliore le modele poutre non lineaire, en proposant une expression adimensionnelle du parametre liant les raideurs locales et permettant d'obtenir des resultats tout a fait remarquables pour le supplement d'effort dans la vis, pour un assemblage avec une longueur de la zone d'appui superieure ou egale a l'epaisseur de la piece. Dans le cas ou cette condition n'est pas respectee nous avons propose une correction simple qui donne des resultats qui peuvent etre consideres comme satisfaisants. Nous avons pris en compte la longueur de talon dans un nouveau modele nomme poutre sur appuis elastiques qui calcule la raideur de contact en fonction de la dimension de la zone d'appui theorique. Ce modele donne de bons resultats dans toutes les configurations geometriques, y compris pour des excentrations faibles de la charge. Enfin, nous avons applique ces resultats au cas des brides cylindriques chargees axialement, en generalisant les conditions d'introduction de l'effort exterieur en fonction de la rigidite de la piece assemblee avec la bride. La comparaison avec les simulations en elements finis et avec l'experimentation est tout a fait satisfaisante

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Chaki, Salim. "Etude d'une méthode ultrasonore absolue d'évaluation des contraintes : application au contrôle du serrage des boulons." Aix-Marseille 2, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX22089.

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Goulet, James-A. "Assemblage rigide boulonné pour les charpentes de bâtiments multiétagés en béton préfabriqué." Master's thesis, Université Laval, 2008. http://hdl.handle.net/20.500.11794/20056.

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Abstract:

Les bâtiments actuels faits de pièces en béton préfabriqué utilisent généralement des assemblages qui n’offrent que peu ou pas de continuité à la structure. Il en résulte une sous utilisation importante des matériaux par rapport à une même structure se comportant de façon monolithique. Plusieurs études portant sur des assemblages rigides, soudés ou assemblés par post-tension, ont déjà été réalisées. Bien que structuralement viable, aucun de ces modèles ne s'est avéré capable de répondre pleinement aux besoins de l'industrie. Les tolérances de construction trop serrées et la complexité de réalisation ont souvent posé problème. Les travaux présentés ici portent donc sur le développement d'un assemblage rigide boulonné, utilisable à grande échelle, destiné à l'industrie du bâtiment multiétagé en béton préfabriqué. L'étude entreprise comporte deux phases, soit la conception du système structural et la détermination de la rigidité des assemblages. Les résultats obtenus sont utilisés afin de comparer le nouveau concept aux charpentes actuelles. La démarche d’analyse s’appuie sur le logiciel VisualDesign pour élaborer la structure du bâtiment, et sur le logiciel d’analyse par éléments finis ANSYS pour la caractérisation du comportement des assemblages. Les efforts de recherche ont été orientés de manière à établir la faisabilité du modèle, afin de permettre le développement futur de projets de recherche en partenariat avec l’industrie.
To this day, the connections of precast concrete buildings offer little or no continuity to the structure. Consequently, when compared to monolithic structures, the material is clearly not used to its full capacity. Studies on rigid connections, welded or assembled by post tension, have been carried out by a few investigators. Although structurally valid, none of the proposed connections proved able to meet the needs of the construction industry, due to stringent erection tolerances and complexity of assembly. The work presented here concerns the development of a bolted rigid connection system likely to be used on a large scale by the precast concrete construction industry. The study is separated in two parts. The first is concerned with the development and tuning of the new structural system while the second one deals with the determination of the rigidity of the proposed connection. The connection behaviour is then used to compare the amount of material used in the new system and the actual precast system. The software Visual Design was used to analyse the building structure, and the finite element software ANSYS to determine the characteristic behaviour of the new connection. The intent of the research is to establish the feasibility of the proposed model, so that future research and development efforts can be carried out in partnership with the precast industry.

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Said, Naji. "Etude des transmissions vibratoires par une méthode de mobilité mixte dans les assemblages par surface." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0105.

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Abstract:

La première partie concerne les structures liées entre elles en plusieurs points. La simulation de l'assemblage est obtenue avec une technique mixte de mobilités ponctuelles· calculées et/ou mesurées. Elle a l'avantage de prendre en considération des structures de forme quelconque (mesure) et de permettre des études paramétriques notamment sur les couplages dissipatifs. La méthodologie de mesure des mobilités est particulièrement détaillée. La correction de masse due aux capteurs est indispensable. L'étude des incertitudes sur la valeur de la mobilité corrigée conduit à une définition objective et originale du domaine de validité de la mesure. Une application industrielle est réalisée. La deuxième partie concerne la modélisation des couplages surfaciques entre un système support et des systèmes rapportés. L'objectif est de calculer une mobilité surfacique moyenne en entrée et en transfert. Cette mobilité surfacique moyenne permet de remplacer les surfaces de liaison par des points équivalents. La modélisation des systèmes rapportés est originale, elle utilise une base modale a priori. Cette base est constituée en mixant des fréquences mesurées et des formes propres de plaque libre libre. Pour le système support quatre modèles de phase pour le transfert de point à point sont étudiés. Comparés à l'expérience, le modèle que l'on peut qualifier de propagateur à réaction localisée est suffisante pour calculer la mobilité d'entrée. En transfert, les modèles de phase propagatrice et aléatoire sont corrects et équivalents
In the first part, the point coupling systems are introduced. The simulation of coupled structures is made with calculated and/or measured mobilities. Structures of any shape may be considered, and parametric studies are done with an analytic model, especially for dissipative coupling. The methodology of measurement is discussed and the mass correction due to the traducers is introduced. The uncertainty calculation on these corrected mobilities leads to an objective and original definition valid for the frequency range of measurement. An application to an industrial case is given. In the second part, the surface coupling between one support plate and several surface-supported plates is presented. The objective is to calculate the mean surface mobilities. These mean surface mobilities allow one to replace the coupling area by an equivalent point. For the surface supported-plates, an priori basis is defined with measured modal frequencies and free-free plate mode shapes. For the support plate, four models of the phase transfer mobilities are studied. Comparison with experiment show that the model defined as « propagative with localised reaction » is sufficient to calculate the point equivalent mobility. However, the propagative and the random phase models have been found to give a good prediction of the transfer mobilities

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Koffi, Konan. "Etude numerique et experimentale des eclissages aeronautiques somis a des chargements de traction et flexion." Toulouse, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAT0024.

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Abstract:

Les eclissages constituent l'un des elements les plus importants de la structure aeronautique. Les eclissages sont des assemblages boulonnes ou rivetes de pieces planes ou quasi-planes chargees dans le plan. Le but de ces travaux de these est d'ameliorer la conception de ces assemblages pour eviter des fissurations prematurees de fatigue. Nous avons montre par la technique des plans d'experiences, la meilleure disposition des boulons pour homogeneiser le transfert de charge aux lignes de fixations. La simulation numerique de differents types d'eclissage a montre l'existence d'un angle optimal de dessin des eclisses qui rend les fixations de la ligne extreme isocritiques. Une courbe donnant la valeur de cet angle en fonction du rapport de contrainte (traction/flexion) est proposee. Les resultats theoriques ont ete valides par des essais statiques et de fatigue sur une machine concue et realisee a cet effet. Une bonne correlation a ete obtenue entre les resultats des simulations numeriques et les essais statiques. Les essais de fatigue ont montre que la nouvelle disposition constructive a une endurance deux fois plus elevee que l'ancienne. Les recommandations qui ont ete faites pour la conception des eclissages de cadres d'avions civils devraient permettent d'ameliorer la performance de ces structures. Les resultats obtenus seront integres au manuel de conception de l'aerospatiale.

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Aldebert, Grégory. "Analyse du comportement mécanique des assemblages boulonnés composites à renforts tissés." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0023.

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Abstract:

Les structures composites sont de plus en plus présentes dans le domaine aéronautique. Pour certaines pièces de forme complexe, les composites à renforts tissés s'avèrent être plus adaptés, car ces derniers offrent une meilleure drapabilité. Lors de la construction des aéronefs, les structures sont généralement assemblées par des fixations mécaniques. L'étude des assemblages boulonnés est donc une étape essentielle dans le dimensionnement des structures aéronautiques. Dans ce travail de thèse effectué au sein de l'ICA en collaboration avec l'industriel Aircelle, une étude du comportement des assemblages boulonnés composites à renforts tissés (carbone-époxy G803/914 satin 5) a été menée. L'objectif a été d'aider à la compréhension des mécanismes d'endommagement et des mécanismes de ruptures des assemblages. Une campagne expérimentale visant à identifier le comportement mécanique (du pli et des interfaces) du matériau de l'étude a été réalisée. Trois lois génériques de comportement endommageable du matériau à l'échelle du pli et une loi d'interface ont été identifiées à partir de ces essais afin d'alimenter les modèles d'assemblages. La thèse décrit la cinétique d'endommagement par matage, analysée à partir d'une série d'essais sur des éprouvettes de complexité croissante. Des éprouvettes destinées à réaliser un matage pur ont permis de mettre en évidence la cinétique d'endommagement du composite tissé (cinétique uniquement étudiée sur les UD dans la littérature) pour différentes stratifications. Une modélisation EF non-linéaire implicite à l'échelle du pli (échelle méso) et à l'échelle de la mèche (méso-micro) a été développée dans le but simuler les mécanismes endommagement par matage observés. Le travail effectué sur des assemblages boulonnés en "double-cisaillement" et "simple-cisaillement" a mis en évidence l'influence de paramètres géométriques et technologiques sur le mode de rupture au niveau d'une fixation. Plusieurs modèles numériques associés (basés sur les lois identifiées) ont été réalisés afin de tester leur capacité à reproduire les essais, les résultats sont analysés et discutés. De bons résultats ont été obtenus et des pistes d'améliorations expérimentales et numériques sont proposées
Composite structures are increasingly present in the aeronautical field. For some complex parts, woven composites appear to be more suitable because of their better draping properties. For aircraft manufacturing, structures are generally assembled by mechanical fasteners. So, studying bolted joints is an essential step for the design of aircraft structures. In this study, done in the ICA in collaboration with the industrial Aircelle, research on woven composites bolted joints (carbon-epoxy 5 harness G803/914) were conducted. The aim of the study was to get a better understanding of damage and failure mechanisms of composite fasteners. A series of tests were conducted (layers and interface) to identify the mechanical behavior of the studied materials. Three damageable material laws (layer scale) were used and identified from those tests to supply numerical models. The present work describes the bearing damage kinetics, analyzed from different specimens with increasing complexity. Some specimens were designed to achieve a pure bearing, highlighting the several kinetics damages of woven composites (kinetics were only studied on unidirectional composites in the literature). Non-linear finite element models (layer scale and yarn scale) were also developed. A series of tests conducted on "double-shear" and "single-shear" composite bolted joints showed the influence of geometrical and technological parameters on the failure mode. Several associated numerical models (based on the identified laws) were performed to test their ability to reproduce the tests, results are analyzed and discussed. Good results were obtained and propositions of experimental and numerical improvements are suggested

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Cerisier, François. "Conception d'une structure travaillante en matériaux composites et étude de ses liaisons." Saint-Etienne, 1998. http://www.theses.fr/1998STET4008.

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Abstract:

Ce travail concerne la conception d'une transmission de locomotive en matériaux composites ainsi que l'étude des liaisons boulonnées permettant d'intégrer cette structure à son environnement. L'objectif principal de la conception est d'obtenir, grâce aux propriétés mécaniques spécifiques des composites, une pièce simple conduisant à une réduction des masses non suspendues dans les bogies moteurs. Le matériau, l'orientation des fibres et la géométrie ont été choisis afin que cette pièce puisse remplir les mêmes fonctions que celles de la solution actuelle. Des essais de caractérisation ont permis d'évaluer les propriétés mécaniques du matériau, un tissu de verre noyé dans une résine époxyde. Le détail de la géométrie a été optimisé en utilisant un code de calcul par éléments finis. Les différentes rigidités et les coefficients de sécurité ont été estimés dans le cas le plus défavorable. Les résultats en terme de rigidités ont été validés par différents essais réalisés sur un premier prototype. La solution possible pour fixer la transmission à son environnement est un assemblage boulonné. L'étude de ce type de liaison sur pièce en matériaux composites a été abordée. Cette étude est basée sur une forte complémentarité entre essais et calculs. Dans un premier temps, un travail expérimental a permis de mieux comprendre le comportement des liaisons boulonnées sur pièces en matériaux composites. Ces essais ont mis en avant la forte influence de certains paramètres, notamment le jeu, sur la force à rupture. Dans un deuxième temps, une étude numérique visant à modéliser le comportement des liaisons boulonnées avec jeu a été conduite. L'objectif de cette étude était de développer un modèle éléments finis permettant de calculer les contraintes autour du trou pour arriver à terme à un modèle capable de prédire la résistance des liaisons sur pièces en composites. Différents moyens de validation ont été mis en oeuvre pour s'assurer que la répartition des déformations corresponde à la réalité. Ce travail a permis de montrer la nécessité de prendre en compte le contact avec frottement ainsi que la non-linéarité de comportement du composite en cisaillement. Pour finir, une analyse des contraintes conduit à une bonne évaluation des efforts à rupture pour différentes valeurs du jeu

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Abidelah, Anis. "Analyse numérique du comportement d'assemblages métalliques. Approche numérique et validation expérimentale." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00725229.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le comportement des assemblages métalliques boulonnés avec platine d'about. La première partie décrit deux séries d'essais sur des assemblages métalliques avec platine d'about boulonnée renforcée ou non par raidisseur. La deuxième partie est consacrée au développement d'un modèle numérique 3D non linéaire validé sur la base des résultats d'essais. Les résultats sont aussi comparés aux formulations analytiques de l'EC3. Le modèle a permis d'analyser l'évolution des champs de contraintes et de la plasticité dans différentes zones de l'assemblage. Il a permis aussi de confirmer les observations expérimentales concernant l'influence du raidisseur de platine sur le mécanisme de transfert des efforts à travers son extrémité. Dans une troisième partie, l'influence de la flexion du boulon sur le comportement des tronçons en té est modélisée. Une étude paramétrique est menée pour évaluer les effets de paramètres tels que la dimension du tronçon, la rigidité de la rondelle, la position du boulon et l'épaisseur de la semelle sur la flexion du boulon soumis à un effort normal de traction.

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Ampleman, Maxime. "Performance en fluage des assemblages antiglissement avec des surfaces métallisées dans les ponts en acier." Master's thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26961.

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Abstract:

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017
Les éléments des ponts en acier sont exposés à de sévères conditions environnementales, tel l’épandage de sels déglaçant sur les routes. Ces éléments ont besoin d’un niveau suffisant de protection contre la corrosion afin de préserver leur intégrité à long terme. Une solution efficace, devenue populaire au Canada, est la métallisation. La métallisation est un revêtement anticorrosion formé par projection thermique de métal, généralement du zinc, sur la surface à protéger. La protection fournie au substrat d’acier est assurée par une barrière physique et une protection galvanique. Pour le calcul des assemblages boulonnés antiglissement, les codes de conception, tel le code Canadien sur le calcul des ponts routiers CAN/CSA S6-14, spécifient, en fonction des conditions des surfaces de contact désirées, un coefficient de glissement à utiliser. Actuellement, ces codes ne fournissent aucun coefficient de glissement entre deux surfaces métallisées. Donc, il est pratique courante pour les fabricants de ponts en acier de masquer les surfaces de contact des joints boulonnés avant de métalliser, ce qui est très couteux pour l’industrie puisque ce travail doit se faire manuellement. Récemment, des études ont évalué la résistance au glissement à court terme d’assemblages antiglissement ayant des surfaces de contact métallisées. Les résultats ont révélé une résistance au glissement supérieure aux assemblages sur acier nu grenaillés. Dans la présente recherche, la performance en fluage des assemblages antiglissement métallisés a été caractérisée pour s’assurer qu’une résistance en glissement de Classe B soit toujours valide à long terme. L’effet de la relaxation de la force de serrage sur la charge de glissement a aussi été évalué. Les résultats ont démontré une bonne performance en fluage. Aussi, les résultats ont révélé que la relaxation de la force de serrage n’a pas d’impact significatif sur la résistance au glissement des assemblages antiglissement métallisés. Les conclusions de cette étude pourraient bien influencer de futures révisions des codes de conception et avoir un impact sur l’industrie de l’acier en Amérique du Nord.Mots clés : Assemblage boulonné antiglissement, métallisation, pont routier en acier, fluage, relaxation
Steel bridge elements are exposed to harsh environmental conditions, such as de-icing salts on roadways. These elements need a satisfactory level of protection against corrosion to preserve their long-term structural integrity. A very efficient solution that is now popular in Canada is metallization. Metallization is an anticorrosion coating formed by thermal spray of metals, usually zinc, onto the surface to protect. The protection of the steel substrate is ensured by both a physical barrier and a galvanic protection. Designs standards, such as the Canadian Highway Bridge Design Code CAN/CSA S6-14, specify desired conditions for various faying surfaces and associated slip coefficients to be used in slip-critical connections. Currently, these standards do not address faying surface conditions that are metallized. Thus, bridge fabricators are compelled to mask off joint faying surfaces before metallizing, which is very expensive for the industry. Earlier studies investigated the short-duration slip resistance of high strength bolted connections with metallized faying surfaces. Results revealed greater slip resistance than the typical uncoated blast-cleaned Class B faying surface. In this research, creep resistance of slip-critical bolted joints with zinc-metallized faying surfaces is characterized, to ensure that the Class B slip resistance is still valid at long-term. The effect of the relaxation of the clamping force on the slip resistance is also evaluated. Results of this study have shown a satisfactory creep performance. Also, results revealed that the relaxation of the clamping force does not impact significantly the slip resistance of the metallized assemblies. This will likely to influence future code revisions and impact steel bridge fabrication in North America. Keywords: Slip-critical bolted connection, metallization, steel bridge construction, creep, relaxation

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Martinez-Martinez, Manuel. "Etude du comportement des assemblages filetés : calcul de l'arrachement des filetages." Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0016.

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Abstract:

Cette thèse traite de l'étude du comportement des assemblages filetés et de la mise au point d'une expression analytique permettant le dimensionnement précis et rapide de tels assemblages. Nous nous intéressons plus particulièrement aux cas où la vis est directement en prise dans un taraudage. Nous étudions tout d'abord le comportement à l'arrachement des filets soumis à un chargement statique en utilisant une modélisation par éléments finis non linéaires et un critère à rupture par endommagement. Cette modélisation nous permet d'évaluer l'importance des différents paramètres susceptibles d'influencer le comportement de la liaison. Nous étudions notamment l'influence des caractéristiques des matériaux constituant la liaison, puis celle des caractéristiques géométriques de la vis et de la pièce taraudée. En suite, nous établissons un plan d'expériences afin de déterminer les paramètres les plus significatifs et de proposer des expressions simples permettant de calculer la résistance des filetage de la vis et de la pièce taraudée quels que soient les matériaux métalliques de l'une et de l'autre pièce. Nous avons procédé à des essais d'arrachement afin de valider notre modèle. Les résultats estimés sont très proches de ceux obtenus par les essais. Enfin, nous nous sommes intéressés aux assemblages filetés soumis à des sollicitations de fatigue. Nous proposons deux méthodes permettant d'optimiser dans de tels cas la longueur du filetage en prise. La première méthode utilise une modélisation par éléments finis couplée avec un critère à rupture par endommagement en fatigue. La deuxième, moins coûteuse à mettre en œuvre, utilise des facteurs de concentration de contrainte spécifiques à l'arrachement des filetages que nous calculons par éléments finis. Ces deux méthodes ont été vérifiées dans quelques cas particuliers et devraient déboucher dans un proche avenir sur des lois simples d'optimisation des dimensions des filetages soumis à des sollicitations de fatigue
This thesis deals with the behaviour of threaded assemblies and the implementation of an accurate analytic equation to dimensioning those assemblies. We are interested particularly in bolted and tapped parts assemblies. We analyse the thread stripping behaviour of a static loaded assembly by modelling non linear finite elements and a failure criterion by damage. This model enables us to study the different parameters likely to influence the behaviour of this bolted connection. We have concentrated on the influence of pairs of materials constituting the connection and the geometrical characteristics of the bolt and the tapped part. An experiments design method has been established to discover the most significant parameters and to propose a simple expression for the calculation of thread resistance regardless of the metal materials of the bolt and the tapped part. We have carried out stripping tests in order to validate our model. The estimated results are very close to those obtained by the tests. Finally, we studied the threaded assembly under dynamic loading. We propose two methods to optimise the engagement length. The first one, uses the finite elements method coupled to a rupture criterion by fatigue damage. The second one, uses stress concentrations factors specific to thread stripping obtained by finite elements. These methods were verified to some particulars cases and they could arrive to be the simples laws of threads dimension optimisation under fatigue load

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Irisarri, François-Xavier. "Stratégie de calcul pour l'optimisation multiobjectif des structures composites." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/506/.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la recherche de solutions composites innovantes pour l'allègement des structures aéronautiques. Les matériaux composites stratifiés offrent, de par leur architecture interne, de nouveaux degrés de liberté pour la conception et l'optimisation des structures. L'objectif est ici de proposer une méthodologie pour l'optimisation robuste des empilements, à l'échelle de petits sous-ensembles structuraux composites. La démarche est décomposée en trois éléments imbriqués : algorithme d'optimisation, stratégie de calcul et prise en compte des incertitudes. L'algorithme multiobjectif développé retourne au concepteur un ensemble de compromis optimaux. Il s'agit d'un algorithme évolutionnaire, dont l'efficacité est considérablement accrue, par rapport aux outils génériques, par l'introduction de considérations mécaniques multiéchelles spécifiques aux composites stratifiés. Il est en particulier adapté à la prise en compte des recommandations industrielles pour le choix des séquences d'empilements. Afin de réduire les coûts de calcul, des stratégies de calcul sont mises en oeuvre, articulant modélisations fines et approximation des modèles. Une méthode d'optimisation robuste est proposée, pour la prise en compte des incertitudes, méconnaissances ou erreurs potentielles. La première application proposée traite du flambement et post-flambement de panneaux raidis. .
This thesis deals with the search for innovative composite solutions for mass reduction of aeronautical structures. Composite materials offer new degrees of freedom for structural design and optimisation. The aim of this study is to propose a methodology for robust optimisation of the stacking sequence of composite sub-components. The proposed strategy consists of three interlinked elements : the optimisation algorithm, the calculation strategy and the method to account for design uncertainties. A multiobjective optimisation algorithm is developed, that yields a set of optimal trade-offs between conflicting objectives. It is an evolutionary algorithm, whose efficiency is greatly increased compared to generic algorithms, through the introduction of multiscale mechanical models specific to layered composite materials. The algorithm is particularly suited to take into account the industrial guidelines for stacking-sequence design. To reduce calculation costs, different strategies are implemented, that imply detailed simulations and model approximation. A robust optimisation method is proposed, to account for uncertainties, lack of knowledge or potential errors. The first application deals with the buckling and post-buckling behaviour of stiffened panels. The second application deals with strength optimisation of bolted joints in composite structures, whose calculation is still problematic. A model is developed for the prediction of bearing failure, based on a progressive approach of the laminate failure and the onset of delamination, with excellent results compared to experimental data. This model is applied to the maximisation of the strength of an elementary joint with one fastener. It is also integrated in a multilevel approach for the calculation of complex junctions involving hundreds of fasteners

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Fares, Youssef. "Dimensionnement en fatigue des assemblages boulonnés à l'aide de critères de fatigue multiaxiale." Toulouse, INSA, 2006. http://www.theses.fr/2006ISAT0016.

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Abstract:

Le principal objectif de ce travail de thèse est d'utiliser les critères de fatigue multiaxiale pour dimensionner les assemblages boulonnés. A partir d'une étude comparative des différents critères, nous en avons sélectionné deux : celui de SINES et celui de DANG VAN dont nous avons généralisé la formulation pour prendre en compte le domaine de l'endurance limitée. L'utilisation de ces critères nécessite la détermination de l'état de contrainte au fond du premier filet en prise, lieu privilégié de l'amorçage de la rupture des boulons. Nous avons donc réalisé des modèles éléments finis d'un boulon. Parallèlement, plusieurs campagnes d'essais fatigue ont été réalisées : les nombres de cycles à rupture obtenus couplés aux états de contrainte en fond de filet obtenus par simulation ont permis de caractériser le comportement en fatigue multiaxiale des boulons. Une fois cette caractérisation réalisée, l'usage de ces critères à été validé par un essai sur un assemblage de type bride. Puis, afin de s'affranchir de la phase modélisation EF, nous avons utilisé la règle de NEUBER et la méthode ESED pour déterminer l'état de contrainte en fond du premier filet en prise lors d'un chargement cyclique. Les essais de fatigue ont été faits sur deux types de boulons : des boulons roulés à froid puis trempés-revenus et des boulons trempés-revenus puis roulés à froid. Les performances améliorées de ces derniers a permis de bien mettre en évidence l'influence de la chronologie des opérations. Cette amélioration est à mettre sur le compte des contraintes résiduelles que nous avons essayé d'évaluer par modélisation du roulage
The aim of this thesis is the use of multi-axial fatigue criterion in bolted assemblies design. From a comparative analysis of several criterion, we chose those of SINES and DANG VAN that we generalised to limited fatigue life. These criterion require the knowledge of the stress level in the screw at the bottom of its first thread in contact with the nut, where fatigue failure occurs. For this, we used a finite elements model of the bolt. On the other hand, several fatigue tests were undertaken; with the number of cycles to failure related to the stress level at the bottom of threads obtained by simulation, we characterised the multiaxial fatigue behaviour of the tested bolts. Then, the use of these criteria to industrial bolted joints was experimentally validated on a flanged type assembly. To overpass the finite elements model of the bolted joint, we used NEUBER's generalised rule and ESED method to determine the stress level at the bottom of the first thread under a cyclic loading. The fatigue tests were carried on two types of bolts: cold rolled then heated-tempered bolts, and heated-tempered then cold rolled bolts. The improved performance on this last type of bolts has put in evidence the influence of chronology of the different manufacturing operations. This improvement is explained by the residual stresses induced by rolling that we tried to simulate

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Chaib, Zouhair. "Etude du comportement des fixations par vis des couronnes de guidage de grand diamètre : élaboration d’un outil de dimensionnement." Toulouse, INSA, 2008. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000252/.

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Les travaux présentés traitent du dimensionnement des éléments de fixation des couronnes d’orientation de grand diamètre. Ils sont de trois types : travaux expérimentaux, simulations EF3D et développement. A l’issue de ceux-ci, un ensemble d’observations et de conclusions, relatif au comportement des fixations, a été noté. Il met en question la majorité des recommandations des fabricants de couronnes, qui sont souvent trop sur-dimensionnantes. Il met également en évidence l’intérêt de la prise en compte de tous les paramètres physiques et géométriques de la couronne pour assurer un dimensionnement précis des assemblages de ces éléments, aussi bien en statique qu’en dynamique. Deux axes de développement ont été réalisés. Le premier a consisté à mettre en place un code de calcul, « noyau de calcul » basé sur la méthode des EF simplifiée, qui permet un calcul de dimensionnement ou de vérification de l’élément le plus chargé de l’assemblage. Pour utiliser ce code, il est nécessaire de connaître la répartition des efforts entre les éléments roulants et les bagues : l’hypothèse courante d’une répartition sinusoïdale n’est valable que sous certaines conditions très restrictives, ce qui justifie le développement d’un deuxième axe de travail complémentaire au premier. Celui-ci a consisté à mettre en place une méthodologie permettant de simplifier la modélisation d’une couronne et de déterminer avec précision la répartition des efforts dans les éléments roulants et leurs directions. Les résultats obtenus permettent alors d’alimenter le noyau de calcul. L’application à différents exemples industriels a permis de démontrer l’efficacité de la méthode, qui répond bien aux attentes des industriels
The presented work deals with the dimensioning of the tightening elements in slewing bearings with very large diameters. Three aspects are covered and discussed: experimental campaign, 3D FE simulations and code development. Consequently, a set of conclusions and observations, relative to the behaviour of the tightening elements, is established. These observations bring into question the recommendations of slewing bearings manufacturers, which are often over-dimensioning. Moreover, they point out the importance of all the geometrical and physical parameters of the slewing bearing for an accurate dimensioning in static and fatigue. Two principal developments axis have been conducted. The first is setting up a calculation code, based on simplified FE, for dimensioning the critical tightening element of the assembly. However, the main inputs for this code are the maximal equivalent contact load along the raceway of the slewing bearing. Thus, a global study is necessary to set out load distribution along the raceways, and the critical sector and the equivalent load. In this framework, one should note that the theorical sinusoidal distribution is only valid under restrictive conditions. Consequently, the second axis, complementary to the first, is developing a simplified method for load distribution calculation. The deriving results are the main inputs for the calculation code. This method has shown efficacy and precision on several industrial applications, and was consequently satisfactory for industrials

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Danthez, Jean-Michel. "Réponse spatio-temporelle d'un guide cylindrique solide à un faisceau ultrasonore : application à la mesure des tensions résiduelles de serrage dans les assemblages boulonnés." Bordeaux 1, 1988. http://www.theses.fr/1988BOR10535.

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Abstract:

Controle non destructif par ultrasons. Etude theorique de l'acoustoelastricite en milieu homogene. Acoustique lineaire. Propagation d'un faisceau borne dans un guide cylindrique. Extension de l'acoustique de fourier-bessel en milieu cylindrique

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Leray, Dimitri. "Outil de dimensionnement de fixation boulonnée de couronnes d'orientation." Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0012.

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Abstract:

Les fixations des bagues de guidage nécessitent un calcul de tenue en statique et en fatigue. Le comportement non-linéaire, la sollicitation combinée tension-flexion et la précontrainte élevée des boulons rendent très difficile le calcul précis des contraintes de fatigue. Il semble possible d'obtenir des résultats corrects par éléments finis au prix de calculs lourds. Le modèle numérique développé utilise les particularités des assemblages filetés en terme de raideurs, et plusieurs hypothèses pour construire un modèle bidimensionnel. Après calage sur des données expérimentales, cette méthode se révèle bien plus précise que les méthodes rapides courantes. Un logiciel destiné aux bureaux d'études est proposé par le CETIM aux industriels partenaires. Le modèle utilise comme donnée les efforts transmis par les éléments roulants. Nous proposons enfin une tentative de modélisation globale visant à évaluer précisément la répartition de ces sollicitations
The bolted assemblies of slewing bearings demand resistance checks for both static capabilities and fatigue life. Non-linearity, combined loading (tension and flexure) and intense preload of the bolts make accurate computation of fatigue stresses very difficult. However it seems possible to obtain proper results using non linear three dimensional finite elements computations, which reveal too heavy for some purposes. The numerical model we developed takes into account the characteristics of preloaded threaded assemblies in terms of stiffnesses and several hypotheses in order to build a bidimensional model. After a setup phase based on experimental results, the method proves much more accurate than the current industrial methods. A software is proposed by CETIM to the industrial partners. The model uses as a data the intensity of the efforts that are transmitted by rolling elements. Finally we modelise the whole system in order to help understand the distribution of those efforts

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Verwaerde, Richard. "Stratégie d'élaboration, d'identification et optimisation d'un modèle de connecteur pour la simulation d'assemblages boulonnés." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST018.

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Abstract:

Le besoin d’être compétitif pousse de plus en plus les industriels à se tourner vers des outils de simulation numérique pour réaliser l’optimisation de leurs produits, afin de réduire fortement les temps et les coûts de développement. Cette démarche reste malgré tout très gourmande en temps de calcul, surtout dans le cadre non linéaire, puisque le processus d’optimisation peut conduire à de nombreuses évaluations du modèle numérique. L'optimisation des assemblages boulonnés pour des chargements complexes et divers nécessite des stratégies de conception élaborées permettant une prise en compte fine des phénomènes spécifiques mis en jeu au sein des liaisons. La simulation des assemblages comportant un grand nombre de liaisons boulonnés modélisées finement reste difficile d'accès, et l'on cherche à remplacer ces descriptions fines par des modèles à la fois simplifiés et pertinents. Dans ce contexte, ces travaux proposent une méthode de séparation des différents phénomènes survenant au voisinage des liaisons boulonnées et permettent de formuler un modèle de connecteur robuste. Son implémentation dans ABAQUS a permis de comparer ses performances aux modèles existants. Les faibles écarts entre ces modèles couplés aux gains importants observés en terme de temps CPU soulignent l’excellent compromis temps de calcul/qualité des résultats obtenu
The need to be competitive is increasingly pushing manufacturers to turn to digital simulation tools to optimize their products, in order to significantly reduce development time and costs. However, this approach is still very time-consuming, especially in non-linear applications, since the optimization process can lead to numerous evaluations of the numerical model. The optimization of bolted assemblies for complex and diverse loads requires elaborate design strategies that take into account the specific phenomena involved in the connections. A simulation of assemblies with a large number of finely modelled bolted connections remains difficult to perform, and attempts are being made to replace these fine descriptions with models that are both simplified and relevant. In this context, this work proposes a method for separating the different phenomena occurring in the vicinity of bolted connections and allows the formulation of a robust connector model. Its implementation in ABAQUS has allowed to compare its performance with existing models. The small differences between these models coupled with the significant savings observed in terms of CPU time underline the excellent compromise between computation time and quality of the results obtained

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Dorval, Legras Baptiste, and Legras Baptiste Dorval. "Effet de la teneur en humidité du bois sur la performance des assemblages bois boulonnés de pin gris." Master's thesis, Université Laval, 2009. http://hdl.handle.net/20.500.11794/21290.

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Abstract:

Ce projet porte sur la problématique de l’influence de l’humidité sur la performance des attaches boulonnées des charpentes en bois. Afin d’améliorer la justesse des règles de calcul des charpentes en bois présentées dans la norme canadienne CSA-O86, nous vérifions, dans cette étude, la pertinence du coefficient de service (KSF) appliqué aux attaches dans des teneurs en humidité (TH) variables. Pour ce faire, nous utilisons cinq types d’attaches assemblées de bois sec (TH ≈ 12%) et humide (TH ≥ 19%) et testées en trois conditions d’humidité (TH ≈ 8%; TH ≈ 12%; TH ≥ 19%). Toutes les attaches sont constituées d’une membrure de pin gris (Pinus banksiana) de 89 mm d’épaisseur et de plaques de jonctions en acier de 6,4 mm d’épaisseur, le tout assemblé de boulons de 12,7 mm de diamètre de grade 2 et, dans certains cas, de grade 5. Les attaches sont à un, deux et six boulons; pour ce dernier, on fait varier l’espacement entre les rangées et entre les boulons. Chaque série inclut six éprouvettes, avec un joint à chacune des deux extrémités, pour un total de 198 tests de traction parallèle au fil du bois en double cisaillement. Les paramètres suivants sont déterminés pour chaque test : la limite de proportionnalité, le seuil de plasticité, la charge maximale, la rigidité, la ductilité et le mode de rupture. Les résultats de cette étude révèlent que c’est l’humidité du bois lors du test et non pas lors du montage qui est plus importante pour la performance des attaches. La rigidité augmente en proportion de la diminution de l’humidité en dessous du point de saturation des fibres, qui est accompagnée par une transition du mode de rupture de ductile à fragile. Les attaches assemblées et testées humides (TH > 19%) sont les plus faibles, mais les plus ductiles. Le séchage du bois a un plus grand effet sur les attaches avec un espacement plus petit entre connecteurs : en plus de la rupture fragile, leur résistance est réduite 15% en condition très sèche (TH ≈ 8%). La diminution de la résistance d’attaches en conditions très sèches est observée; néanmoins, pour les modes de rupture fragiles, le coefficient de service (KSF) est jugé trop conservateur. Des propositions sont faites et justifiées pour le remplacement du KSF par le coefficient de service en cisaillement et en traction longitudinale (KSv et KSt) dans les cas de rupture fragile, comme il est couramment recommandé dans la norme américaine National Design Specification.
Ce projet porte sur la problématique de l’influence de l’humidité sur la performance des attaches boulonnées des charpentes en bois. Afin d’améliorer la justesse des règles de calcul des charpentes en bois présentées dans la norme canadienne CSA-O86, nous vérifions, dans cette étude, la pertinence du coefficient de service (KSF) appliqué aux attaches dans des teneurs en humidité (TH) variables. Pour ce faire, nous utilisons cinq types d’attaches assemblées de bois sec (TH ≈ 12%) et humide (TH ≥ 19%) et testées en trois conditions d’humidité (TH ≈ 8%; TH ≈ 12%; TH ≥ 19%). Toutes les attaches sont constituées d’une membrure de pin gris (Pinus banksiana) de 89 mm d’épaisseur et de plaques de jonctions en acier de 6,4 mm d’épaisseur, le tout assemblé de boulons de 12,7 mm de diamètre de grade 2 et, dans certains cas, de grade 5. Les attaches sont à un, deux et six boulons; pour ce dernier, on fait varier l’espacement entre les rangées et entre les boulons. Chaque série inclut six éprouvettes, avec un joint à chacune des deux extrémités, pour un total de 198 tests de traction parallèle au fil du bois en double cisaillement. Les paramètres suivants sont déterminés pour chaque test : la limite de proportionnalité, le seuil de plasticité, la charge maximale, la rigidité, la ductilité et le mode de rupture. Les résultats de cette étude révèlent que c’est l’humidité du bois lors du test et non pas lors du montage qui est plus importante pour la performance des attaches. La rigidité augmente en proportion de la diminution de l’humidité en dessous du point de saturation des fibres, qui est accompagnée par une transition du mode de rupture de ductile à fragile. Les attaches assemblées et testées humides (TH > 19%) sont les plus faibles, mais les plus ductiles. Le séchage du bois a un plus grand effet sur les attaches avec un espacement plus petit entre connecteurs : en plus de la rupture fragile, leur résistance est réduite 15% en condition très sèche (TH ≈ 8%). La diminution de la résistance d’attaches en conditions très sèches est observée; néanmoins, pour les modes de rupture fragiles, le coefficient de service (KSF) est jugé trop conservateur. Des propositions sont faites et justifiées pour le remplacement du KSF par le coefficient de service en cisaillement et en traction longitudinale (KSv et KSt) dans les cas de rupture fragile, comme il est couramment recommandé dans la norme américaine National Design Specification.
This research is focused on the effect of moisture on the performance of bolted connections in timber structures. To improve the accuracy of the engineering design of timber structures based on the Canadian standard CSA-O86, we studied the relevance of the service factor (KSF) as applied to the lateral resistance of fastenings in different moisture conditions (MC). To reach this goal, we used five connection configurations assembled with seasoned (MC ≈ 12%) and unseasoned (MC ≥ 19%) timber and tested at various moisture conditions: wet (MC ≥ 19%), dry (MC ≈ 12%) and very dry (MC ≈ 8%). All connections were 89-mm thick jack pine (Pinus banksiana) sawn lumber and 6.4-mm thick steel side plates assembled with 12.7-mm diameter bolts of grade 2 and, in some cases, of grade 5. The joints included one, two or six bolts; in the latter, the fasteners were installed in two rows with various spacing between the rows and between the bolts in a row. Each series consisted of six specimens, with a joint at both ends, with a total of 198 tests in tension parallel to grain of wood in double shear. The following parameters were determined from each test: proportional limit, yield point, maximum load, stiffness, ductility and failure mode. Results of the study revealed that it was moisture content at test and not at the time of assembly that influenced the performance of the tested connections the most. The stiffness increased in direct proportion with the decrease of moisture content below the fibre saturation point, which was accompanied with a transition from ductile to brittle failure. Connections assembled and tested unseasoned (MC > 19%) were the weakest but the most ductile. Seasoning had the highest effect on the connections with the minimum spacing of fasteners within and between the rows: not only were they the most brittle, their load capacity was reduced 15% in very dry conditions (MC ≈ 8%). The reduction of load capacity of connections in very dry conditions was observed; yet for brittle failure modes, the service factor KSF was found to be overly conservative. Proposals are put forward and justified to replace the KSF by service condition factors in longitudinal shear and tension (KSv and KSt) in case of brittle failure modes, which is the current recommended practice in the US National Design Specification.
This research is focused on the effect of moisture on the performance of bolted connections in timber structures. To improve the accuracy of the engineering design of timber structures based on the Canadian standard CSA-O86, we studied the relevance of the service factor (KSF) as applied to the lateral resistance of fastenings in different moisture conditions (MC). To reach this goal, we used five connection configurations assembled with seasoned (MC ≈ 12%) and unseasoned (MC ≥ 19%) timber and tested at various moisture conditions: wet (MC ≥ 19%), dry (MC ≈ 12%) and very dry (MC ≈ 8%). All connections were 89-mm thick jack pine (Pinus banksiana) sawn lumber and 6.4-mm thick steel side plates assembled with 12.7-mm diameter bolts of grade 2 and, in some cases, of grade 5. The joints included one, two or six bolts; in the latter, the fasteners were installed in two rows with various spacing between the rows and between the bolts in a row. Each series consisted of six specimens, with a joint at both ends, with a total of 198 tests in tension parallel to grain of wood in double shear. The following parameters were determined from each test: proportional limit, yield point, maximum load, stiffness, ductility and failure mode. Results of the study revealed that it was moisture content at test and not at the time of assembly that influenced the performance of the tested connections the most. The stiffness increased in direct proportion with the decrease of moisture content below the fibre saturation point, which was accompanied with a transition from ductile to brittle failure. Connections assembled and tested unseasoned (MC > 19%) were the weakest but the most ductile. Seasoning had the highest effect on the connections with the minimum spacing of fasteners within and between the rows: not only were they the most brittle, their load capacity was reduced 15% in very dry conditions (MC ≈ 8%). The reduction of load capacity of connections in very dry conditions was observed; yet for brittle failure modes, the service factor KSF was found to be overly conservative. Proposals are put forward and justified to replace the KSF by service condition factors in longitudinal shear and tension (KSv and KSt) in case of brittle failure modes, which is the current recommended practice in the US National Design Specification.

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Lakiss, Hassan. "Etude des assemblages boulonnes charges transversalement par des efforts dynamiques avec prise en compte des conditions de contact." Toulouse, INSA, 2000. http://www.theses.fr/2000ISAT0052.

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Abstract:

Ce travail s'interesse aux assemblages boulonnes qui sont soumis a un chargement transversal. Une premiere etude presente les differentes modelisations generalement employees pour le calcul des assemblages visses. La deuxieme partie de l'etude, s'appuie sur une modelisation numerique par elements finis volumiques. Une etude parametrique de l'assemblage, avec prise en compte du contact par adherence a l'interface, permet d'etudier l'evolution des supplements d'effort et de moment de flexion dans la vis. Le comportement de la piece est analyse en fonction des conditions geometriques et de l'evolution des chargements. La troisieme partie, traite de l'etude experimentale de l'assemblage modelise precedemment sous sollicitation statique. Cette etape verifie et valide les resultats obtenus par la simulation numerique. La concordance des resultats montre que le modele represente fidelement le comportement de l'assemblage. Dans la quatrieme partie, nous proposons un modele numerique simple du type poutre, qui integre le contact unilateral existant a l'interface d'appui. Ce modele, cale sur les resultats de la simulation numerique tridimensionnelle, a l'avantage de calculer les supplements d'effort et de moment de flexion dans la vis plus rapidement tout en donnant une precision acceptable. La cinquieme partie, aborde l'application de la methode des plans d'experiences a l'assemblage etudie. Un plan fractionnaire, a six facteurs et a trois niveaux, permet de tirer des conclusions interessantes sur l'influence des differents facteurs susceptibles d'orienter la conception de ce type de liaison. Enfin, une derniere partie aborde le probleme du devissage sous sollicitations dynamiques transversales. Une etude bibliographique et experimentale permet d'expliquer le mecanisme du devissage des assemblages charges transversalement

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Mathurin, Florestan. "Etude du processus de vissage par vis autoformeuse et élaboration d'une méthode de dimensionnement adaptée." Toulouse, INSA, 2008. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000255/.

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Abstract:

Depuis toujours, l’industrie automobile est en recherche constante de solutions, afin d’améliorer sa compétitivité en réduisant les coûts et les délais. Ainsi, les technologies du taraudage par déformation pour les matériaux métalliques connaissent depuis une dizaine d’années un développement important. Les vis autoformeuses par déformation de matière, pour matériaux métalliques, qui permettent de supprimer l’opération préalable d’usinage sont l’exemple le plus abouti de ces technologies. Cependant, leur utilisation est récente et réservée aux assemblages peu chargés et qui, en cas de défaillance, ne présentent pas de danger pour l’utilisateur, car les phénomènes associés au processus de vissage ne sont pas bien maîtrisés. Dans ce mémoire, nous présentons une méthode de simulation originale, développée avec le code ABAQUS, ainsi que des résultats des nombreux essais qui nous ont permis de mettre en évidence et de quantifier les paramètres caractéristiques de l’opération de formage des filets. Puis nous proposons deux méthodes de calcul du couple de formage, une tirée du plan d’expérience et une autre analytique qui met bien en évidence le processus de déformation plastique. Au final, nous proposons une méthode de prédimensionnement des assemblages par vis autoformeuse déstinée aux bureaux d’études
Automotive industry always improves its competitiveness by reducing cost and delays. Thus, form tapping technologies have been considerably developing since ten years. In this framework, thread forming screws for metallic materials, which are designed to perform direct assembly by a thread forming process in the lower part of the assembly, are the most practical examples of such technologies. However, they are also commonly used for assemblies made of materials which transmit minimal exterior loadings since the phenomenon associated to tightening process are not well mastered. In this report, an original simulation method, developed under ABAQUS, and experimental results, which highlight and quantify the characteristic parameters of the thread forming operation, are presented. In addition, two methods for calculating thread forming torque are presented. The first one is developed from an experimental method whereas the second one, analytical, highlights the processes of plastic deformation. Finally, a pre-dimensioning method for thread forming screws assemblies is proposed

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Pivdiablyk, Ivanna. "Durability of mechanical performance of prestressed bolted composite joints in a hygro - thermo - mechanical environment." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0068.

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Abstract:

Ces travaux , menés en collaboration avec le CETIM , portent sur la performance mécanique des assemblages boulonnés précontraints en matériaux composites pour les secteurs automobile et aéronautique. En raison de l'application contrôlée de précontrainte , les assemblages boulonnés occupent une partie importa nte dans l’industrie. Les conditions environnementales de service ont tendance à varier au cours du temps , ayant un effet sur les composites thermoplastiques sensibles à la température et à l'humidité. Une estimation des propriétés élastiques hors plan des composites est donc essentielle pour un dimensionnement précis des assemblages boulonnés. L'objectif de la thèse est de prendre en considération et d'analyser l'impact environnemental sur les matériaux composites thermoplastiques afin d'améliorer un modèl e analytique d’assemblages boulonnés. Des protocoles de conditionnement sont proposés afin d’évaluer d’une manière précise l'état des matériaux à plusieurs niveaux d'Humidité Relative. L'effet du vieillissement humide est étudié à travers la caractérisation mécanique d'une résine pure et de de ux matériaux composites tissés . Les simulations numériques fournissent les propriétés hors plan en lien avec les effets environnementaux permettant l'estimation de la souplesse des matériaux. Des essais mécaniques sur les assemblages boulonnés en composite s sont proposés afin de déterminer la perte de précontrainte au cours du temps et de relier les propriétés mécaniques des composites à la durabilité des assemblages
The present work , pursued in collaboration with CETIM , is focused on the mechanical performance of preloaded bolted composite joints for automotive and aeronautical fields. Owing to the controlled preload application , bolted joints occupy a significant segment in the industry. Working environmental conditions tend to vary over time, affecting sensitive to temperature and humidity thermoplastic composites. An estimation of out - of - plane elastic properties of composites is , therefore, essential for an accurate dimensioning of bolted joints. The objective of the t hesis is to take into consideration and analyse the environme ntal impact on woven thermoplastic composite materials in order to ameliorate an analytical model for bolted composite joints. Conditioning protocols are proposed for an accurate evaluation of m aterial state at several Relative Humidity levels. Effect of humid ageing is investigated through the performed mechanical characterisation of a neat thermoplastic matrix and two woven composite materials. Numerical simulations provide the out - of - plane environment - related properties enabling the material compliance estimation. Mechanical testing of bolted composite joints is proposed to determine the loss of preload over time and to relate composite mechanical properties to the durability of joints

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Soule, de lafont Marie-France. "Conception d’un connecteur élément fini pour la simulation des assemblages boulonnés." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLN021/document.

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Abstract:

Le dimensionnement des liaisons boulonnées représente une part non négligeable du travail des bureaux d’études des industries aéronautiques. En effet leur nombre peut varier de plusieurs milliers à plusieurs millions selon le type d’avion. À l’heure actuelle la mise au point de ce type d’attache se fait grâce à des éléments finis en trois dimensions. La complexité des phénomènes mis en jeux par ce type de connexion tels que le contact le frottement et les jeux entraînent des calculs non linéaires très chronophages.L’objectif des travaux de thèse a été de proposer un connecteur élément fini remplaçant l’ensemble de la discrétisation 3D d’un boulon pour les calculs numériques de dimensionnement en étant basé sur des paramètres liés au comportement mécanique.La mise au point d’un algorithme prenant en compte le contact afin de modéliser le comportement global des parties assemblées fut le point de départ de la réflexion.Cet algorithme a été implémenté au sein du logiciel Samcef à travers une routine codée en Fortran 77.Des tests de qualifications du comportement normal et tangentiel ont été effectués afin de valider l’algorithme mis au point.Une méthode d’identification des paramètres du connecteur est ici proposée : certains peuvent être déterminés de manière analytique et d’autres de manière numérique.Enfin des cas tests de validation sur des assemblages industriels ont été effectués afin de mettre en évidence un gain en temps de calcul conséquent tout en maintenant une qualité suffisante pour le dimensionnement
The design of bolted connections represents a significant part of the work of research department of aeronautical industries. Indeed, their number can vary from several thousands to several millions depending on the aircraft type. At the present time, the development of this type of attachment is done with finite elements in three dimensions. The complexity of concerned phenomena by this type of connection as the contact friction and gaps requires nonlinear computations which are very time consuming.The aim of the thesis was to propose a finite element connector for replacing the whole 3D discretisation of a bolt during the design computations while being based on parameters related to mechanical behaviour.The development of an algorithm taking into account contacts to model the overall behaviour of the parts was the starting point of the reflexion.Then this algorithm was implemented in the SAMCEF software through a routine coded in Fortran 77.Normal and tangential behaviour qualification tests were performed to validate the algorithm developed.A method for identifying connector parameters is proposed here, some of these parameters can be determined using an analytical approach, others need a numerical one.Finally, validations on industrial test cases were carried out to prove a substantial cpu time savings while maintaining a good level of quality

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Chiza, Albert. "Détermination du coefficient de frottement pour les surfaces de contact métallisées dans les assemblages des ponts en acier." Master's thesis, Université Laval, 2013. http://hdl.handle.net/20.500.11794/24444.

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Abstract:

Les assemblages boulonnés doivent être conçus en tant qu’assemblages de type antiglissement s’ils sont soumis à des charges variables, à des vibrations ou à un phénomène de fatigue. Ces situations sont fréquentes dans la construction des ponts en acier. Le fini de surfaces de contact des pièces en acier à assembler contrôle le niveau de résistance au glissement des assemblages. Les normes de conception, telle que le code canadien sur le calcul des ponts routiers CAN/CSA S6-06 (CSA 2006) ainsi que American Institute of Steel Construction (AISC 2010), spécifient les conditions de surfaces de contact avec des coefficients de frottement associés à utiliser pour la conception. Actuellement, ces normes ne spécifient pas la résistance au glissement pour des surfaces de contact qui sont métallisées ou pour une combinaison de surface métallisée et une autre galvanisée (appelées métallisées-galvanisées dans ce qui suit), alors que les éléments de la charpente d’acier sont couramment métallisés ou galvanisés pour assurer leur durabilité. Les fabricants de ponts sont donc obligés de masquer les surfaces de contact des assemblages avant d’appliquer les revêtements de protection sur les éléments structuraux, ce qui augmente considérablement les coûts et le temps de fabrication. Dans cette recherche, les résistances au glissement des assemblages de type antiglissement ayant des surfaces complètement métallisées ainsi que des surfaces métallisées-galvanisées, ont été caractérisées en vue des dispositions de la norme canadienne en vigueur. Les coefficients de frottement moyens sont obtenus en effectuant des tests en compression et en tension. Ces tests ont révélé une grande augmentation de la résistance au glissement des surfaces de contact métallisées, comparativement aux surfaces décapées sans revêtement. Pour ce qui est des surfaces de contact métallisées-galvanisées, les coefficients de frottement obtenus ont été plus élevés que ceux fournis par la norme pour les surfaces de contact galvanisées et, dans la majorité des cas, aussi élevés que ceux pour les surfaces décapées sans revêtement. Mots clés: assemblages boulonnés antiglissement, galvanisation à chaud, métallisation, normes de conception de la charpente d’acier, ponts en acier, résistance au glissement.
The slip resistance is a critical factor influencing high strength bolted joint behaviour in steel structures under repeated loading. The surface condition of the connected steel components, also known as the faying surface, controls the level of the slip resistance. Design standards, such as the Canadian Highway Bridge Design Code CAN/CSA S6-06 (CSA 2006) and the American Institute of Steel Construction (AISC 2010) specifications, specify desired conditions for faying surfaces and associated slip coefficients for design purposes. Currently, these standards do not address faying surface conditions that are completely metallized or that have one connected face metallized and the other face galvanized (hereafter referred to as galvanized-metallized faying surfaces), although steel bridge components are widely metallized or galvanized to provide long-term protection against wear and corrosion. This compels steel bridge fabricators to mask off all faying surfaces before metallizing, a practice that is labour-intensive, costly and time-consuming. In this study, the resistance of slip-critical joints in steel bridges with metallized and galvanized-metallized faying surfaces are characterized in the light of the CAN/CSA-S6-06 standard. The mean slip coefficient is determined from a compression and tension test regimes. These tests revealed much greater slip resistance for metallized faying surfaces than the typical uncoated blast-cleaned surface. For the metallized-galvanized surfaces, the mean slip coefficients were found to be much greater than that for galvanized surfaces and, in the majority of cases, also greater than the uncoated blast-cleaned surface. Keywords: steel bridge construction, galvanization, metallization, slip-critical bolted joints, slip resistance, design standards.

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Rafik, Vincent. "Étude du dévissage d'un assemblage aéronautique sous sollicitations transverses." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, INSA, 2019. http://www.theses.fr/2019ISAT0055.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude du dévissage spontané d’assemblages boulonnés sous sollicitations transverses. Plusieurs approches seront mises en place dans le but d’apporter des éléments participant à la compréhension du phénomène. Le développement d’un modèle complet permis la validation expérimentale tandis que des simulations simplifiées permettent d’identifier le glissement transverse de l’écrou, ou de la tête de vis, sur leurs plaques d’appui et le basculement des filets de la vis dans ceux de l’écrou. Les particularités de ces modèles sont la prise en compte de la plasticité, du serrage de l’assemblage par rotation de l’écrou, de son autofreinage et des filets. Par la suite, les paramètres clés furent déterminés à l’aide de deux campagne d’essais exploitant des assemblages à deux ou trois plaques : le revêtement de la vis, le niveau d’interférence, la précharge et l’amplitude de chargement. Dans l’objectif d’apprécier la répétabilité des résultats, des éprouvettes à double boulons furent testées. Enfin, un travail analytique se basant sur les observations numériques et expérimentales permis de proposer une formulation de l’effort nécessaire au dévissage de l’assemblage et de la vitesse de rotation des divers composants
This thesis focuses on the study of the self-loosening of bolted joints under transverse loading. Several approaches will be put in place in order to provide elements contributing to the understanding of the phenomenon. The development of a complete model enabled experimental validation whereas simplified simulations highlighted the transverse sliding of the nut, or of the screw head, on their bearing surfaces and the tilting of the screw in the nut. The material’s plasticity, the tightening of the assembly by rotation of the nut, its self-braking and nets are taken into account in these models. Key parameters were defined using two test campaign of either two- or three-plate assemblies: screw coating, interference level, preload, and loading amplitude. In order to assess the repeatability of the results, double-bolt specimens were tested. Finally, thanks to an analytical work based on numerical and experimental observations, a formulation of the effort required to unscrew the assembly and the speed of rotation of the various components was proposed

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Dericquebourg, Thomas. "Méthodologie de conception préliminaire robuste des assemblages vissés basée sur des modèles de pré-dimensionnement." Toulouse, INSA, 2009. http://www.theses.fr/2009ISAT0031.

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Abstract:

Dans un contexte de réduction continue des temps de conception, il est primordial d'effectuer des choix pertinents en amont des projets pour limiter les remises en cause tardives, synonymes de perte de temps, et pour permettre une conception simultanée efficace des différents éléments en jeu. Les phases d'avant-projet étant caractérisées par de nombreuses incertitudes et indéterminations des paramètres principaux, les choix réalisés en amont doivent alors être robustes face aux potentielles variations des données et des paramètres au cours du processus de conception. Concernant les assemblages vissés, éléments largement utilisés dans le domaine automobile pour relier différentes pièces qui nécessitent de pouvoir être démontées, les outils nécessaires pour réaliser leur pré-dimensionnement manquent. En effet, bien que de nombreux modèles existent, ils sont essentiellement mono-vis, dédiés à certaines applications précises ou alors trop lourds pour être utilisés en avant-projet. C'est pourquoi une méthodologie de conception préliminaire robuste des assemblages vissés a été développée. La mise en place de cette méthodologie a nécessité le développement d'un modèle local générique d'une liaison vissée et d'une approche globale permettant de prendre en compte des assemblages multi-vis. Ces développements ont été réalisés avec un souci permanent de limitation des temps de calcul pour qu'ils puissent ensuite être intégrés dans une stratégie de conception préliminaire robuste. La méthodologie de conception préliminaire robuste des assemblages vissés se base alors sur un modèle local de pré-dimensionnement qui permet de décrire le comportement complexe d'une liaison vissée de manière quasi-instantanée. Ce modèle local est suffisamment générique pour traiter plusieurs types de pièces et son domaine d'application a été clairement défini pour connaître ses limites. La méthodologie se base ensuite sur un modèle global qui permet de prendre en compte les assemblages multi-vis et donc les interactions entre les différentes liaisons. Cette approche globale permet de décrire le comportement d'un assemblage constitué de plusieurs vis et a été validée sur une famille d'assemblages vissés spécifiée. Enfin, à partir de ces modèles de pré-dimensionnement développés, une stratégie de pré-conception robuste a été mise en place. Cette stratégie consiste à balayer différentes configurations possibles pour concevoir un assemblage vissé et à estimer les risques de défaillance ainsi que les coûts prévisionnels associés. Elle met en oeuvre des plans d'expériences optimisés ainsi qu'une démarche de regroupement de solutions innovante afin de pouvoir donner des préconisations de forme de l'assemblage et ainsi guider la phase suivante de conception détaillée. Cette méthodologie permet au final de donner, en un temps réduit, un ensemble d'informations pertinentes sur les risques de défaillances des configurations potentielles ainsi que sur leurs coûts prévisionnels afin que le concepteur puisse faire un choix réfléchi de configuration d'un assemblage vissé en phase avant-projet avec une maîtrise du risque et du coût
In the current context, consisting in continually reducing the design process duration, it is fundamental to make relevant choices upstream of the projects so as to avoid late reconsiderations, that are time and resources consuming, and to enable an efficient concurrent engineering. The first steps of the design process are characterized by the uncertainties and the main parameters indeterminations. As a result, the first choices have to be robust against the potential data and parameters variations that may appear all along the design process. In the automotive industries, the bolted joints are widespread since they are practical for setting up removable junctions between subassemblies. However, tools for pre-dimensioning them are lacking. Although numerous models do exist, they essentially handle single-bolt joints or specific applications, or the models are too much time consuming to be used in a preliminary phase. That is why a robust approach to the preliminary design of bolted joints has been developed. This approach is firstly based on the development of pre-dimensioning models, a generic local model dedicated to describe a single bolt joint and a global model in order to take into consideration multi-bolted joints. The reduced time requirement has continually be considered so as to then integrate theses models in a preliminary robust design strategy. The robust approach to the preliminary design of bolted joints uses a local pre-dimensioning model to describe the complex behavior of a bolted-joint in a very short time. This model is generic enough to handle several kinds of parts and its validity field has been clearly defined to know its limits. The methodology is then based on a global model that enables to consider multi-bolted joints and so their mutual interactions. This approach has been validated on a specified bolted joints category. Eventually a robust pre-design strategy has been carried out from the previous models. This strategy consists in scanning different potential configurations in order to design a multi-bolted joint assembly and in estimating the associated risks and the projected costs for each configuration. In this strategy, optimized designs of experiments are used as well as an innovative clustering approach to aggregate solutions and then to give some shape recommendations of the assembly and so to guide the sequel step of detail design. Actually, the overall methodology allows to give a set of relevant information concerning the faulty risks and the projected costs of possible solutions in a reduced time. These data can then help the designer to make the best choices of a configuration for a bolted joints assembly in a preliminary design with a risk and cost control

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Aboukhait, Mamoun. "Etude expérimentale et modélisation numérique des brides boulonnées soumises à un moment de flexion." Toulouse, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAT0044.

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Abstract:

Ce travail de thèse a été consacré à l'étude des assemblages boulonnés chargés par un moment de flexion variable, en vu de fournir des données suffisamment précises pour permettre un calcul en fatigue. Nous avons tout d'abord élaboré un nouveau modèle de calcul numérique permettant de traiter le cas de brides prismatiques à deux boulons et cylindriques multi-boulonnées, sollicitées par un moment de flexion pur. Ce programme est basé sur la modélisation de la bride avec des éléments à deux noeuds et quatre degrés de liberté. Ensuite nous avons amélioré ce code numérique en faisant une modélisation plus proche de la réalité physique de l'assemblage étudié et ceci par la prise en compte de toutes les conditions aux frontières (contact, passage du boulon dans les pièces assemblées). Afin de valider ce modèle et en parallèle avec des simulations en éléments finis (effectuées sur le logiciel de calcul MEF-MOSAIC), nous avons réalisé plusieurs campagnes d'essais à l'aide d'un montage permettant d'installer un moment de flexion pur, pour des brides prismatiques à deux boulons et cylindriques. Nous avons aussi étudié l'influence des paramètres géométriques sur le comportement de dix-huit brides au moyen des trois approches : numérique, éléments finis et essais. L'ensemble de ces travaux nous a permis de valider le modèle numérique à un boulon ainsi que la procédure qui permet de passer de la bride cylindrique chargée en flexion, à l'étude d'un élément à un boulon représentant le boulon le plus chargé

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Oudjene, Mourad Batoz Jean-Louis. "Modélisation et optimisation du comportement mécanique des outils d'emboutissage stratifiés précontraints par vissage." Vandoeuvre-les-Nancy : INPL, 2005. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2005_OUDJENE_M.pdf.

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Dols, Simon. "Développement d'une nouvelle méthode de serrage intelligente pour le contrôle des assemblages boulonnés." Thesis, Toulouse, INSA, 2016. http://www.theses.fr/2016ISAT0038/document.

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Abstract:

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit est consacré au développement d’une nouvelle méthode de contrôle de la qualité d’un assemblage boulonné. Cette méthode utilise les courbes couple de serrage/angle de rotation de l’écrou obtenues lors d’un serrage et, plus précisément, les différents changements de pentes qui l’affectent. L’idée principale est d’utiliser ces changements de pentes pour découper la courbe en différents segments, correspondant chacun à un événement qu’il est alors possible d’identifier. Ces événements sont tout d’abord constitués d’une phase de freinage de l’écrou, suivie d’un « plateau », d’une éventuelle phase de réduction des jeux et enfin, d’un dernier segment linéaire traduisant le serrage. Afin de valider cette méthode, deux modèles, l’un analytique et l’autre de calcul par la méthode des éléments finis, ont été développés afin de créer une base de référence. Le modèle analytique est issu de la littérature tandis que le modèle éléments finis apporte une originalité car il simule la rotation de l’écrou mais également son freinage à travers une déformation préliminaire. Ces modèles sont ensuite validés lors d’une première campagne d’essais qui débute par le serrage d’échantillons de référence sans défaut. Puis des défauts sont introduits (jeux, bavures, copeaux…) afin d’évaluer les capacités de détection de la méthode. Des limitations sont alors découvertes, entraînant une modification des moyens de mesure. Un premier prototype est donc réalisé en instrumentant une visseuse pour pouvoir mesurer le couple de réaction (celui qui maintient la vis) en plus du couple de serrage. Cet ajout permet alors d’identifier des défauts qui restaient masqués. Finalement, un second prototype est conçu et réalisé, permettant de contrôler directement le serrage et ainsi de mettre en place de nouvelles stratégies pour le serrage prenant en compte les résultats obtenus lors des différentes campagnes d’essais
The subject of the thesis presented in this manuscript is the development of a new method to control the quality of a bolted assembly. This method uses the tightening torque-turn angle of the nut curves, gathered during the tightening and, more precisely, the changes of slope that affects it. The main idea is to use these changes to divide the curve into segments, each corresponding to an event that it is then possible to identify. These events are: a nut locking phase, followed by a constant torque area, a possible gap reduction phase and finally, a last linear part corresponding to the actual tightening. To validate this method two models, one analytical and the other using the finite element method, have been developed to create a baseline. The analytical model is derived from the literature as the finite element model provides originality because it simulates the rotation of the nut but also the locking through a preliminary deformation. These models are then validated in a first test campaign, which begins with the tightening of reference sample without defects. Then, defects are introduced (gaps, burrs, chips...) in order to evaluate the method detection capabilities. Limitations are discovered leading to a modification of the measures means. A first prototype is designed by instrumenting a screwdriver to be able to measure the reaction torque (the one that holds the screw) in addition to the tightening torque. This addition improves the method by detecting hidden defects. Finally a second prototype was designed and built, with full control of the tightening and thus develop new strategies for tightening, taking into account the results obtained during the various test campaigns

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Benhaddou, Taha. "Influence de la précharge sur tenue statique et fatigue des assemblages boulonnés." Thesis, Toulouse, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAT0044/document.

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Abstract:

La maîtrise de la pré-tension revêt d’une grande importance pour garantir la tenue mécanique des assemblages boulonnés, et ce quel que soit le mode de sollicitations auquel ils sont soumis. En particulier, pour les chargements transverses et sous sollicitations de fatigue, un niveau de pré-tension insuffisant ne permet pas d’exploiter la capacité de transfert d’effort des interfaces entre pièces assemblées. Un niveau de pré-tension très important n’est pas souhaitable non plus, car cela génère des phénomènes de fatigue de contact ou de matage excessif sous tête qui ont un effet néfaste sur la durée de vie des assemblages et des structures aéronautiques. Le serrage contrôlé des fixations permet ainsi de produire et de maintenir un équilibre entre les modes de transfert d’effort, permettant ainsi d’exploiter pleinement leur potentiel et obtenir une tenue optimale de l’assemblage. L’objectif de ce travail est d’apporter une contribution à la compréhension et à l’exploitation des assemblages boulonnés à serrage contrôlé. Une approche hybride a été adoptée afin de démontrer l’effet bénéfique d’une pré-tension contrôlée. La modélisation numérique a permis de comprendre les mécanismes de transfert d’effort et de prédire la tenue mécanique des assemblages aéronautiques de façon satisfaisante. La démarche expérimentale a été exclusivement basée sur des techniques dites de serrages alternatifs. L’objectif est d’avoir une faible incertitude sur la valeur de la précontrainte installée, permettant d’évaluer la performance mécanique des assemblages boulonnés. La tenue en fatigue des assemblages boulonnés, travaillant en matage-cisaillement, est largement améliorée grâce à l’application d’une précontrainte précise. La maîtrise des paramètres intrinsèques au maintien de la force axiale de serrage tel que la nature de l’interface entre pièces assemblées, la rigidité des fixations et la nature de l’ajustement, permet également d’esquisser un potentiel d’optimisation non négligeable des assemblages boulonnés
Axial preload is a fundamental parameter that needs to be correctly mastered in order to ensure the mechanical strength of bolted joints. In the case of bolted shear joints under fatigue solicitations, a low preload does not allow to exploit the load carrying capacity of the friction interfaces. A high preload is undesirable as it can generate fretting fatigue phenomena or excessive under head contact pressure that may lead to decrease fatigue lives of aeronautical joints and structures. Controlled preload application generates and maintains equilibrium of load transfer mechanisms, inducing a full use of their potential and leading to an optimal fatigue life of the joint. This study focuses on aeronautical preloaded joints with the objective of understanding the effects of controlled preload over the mechanics of shear joints and exploiting the contribution of preload to enhance their fatigue lives. For this purpose, a hybrid approach has been adopted to demonstrate the beneficial effect of controlled preload. Numerical modelling has been carried out to better understand the preload influence but also to predict the mechanical strength of bolted joints. The experimental database has been generated using exclusively alternative tightening techniques, in order to reduce the scatter on final preload and therefore evaluate the effect of controlled preload in a more accurate way. The fatigue strength of bolted shear joints has been significantly improved for most of tested configurations due to the application of accurate axial preload. The effects of many other parameters, as the nature of interface, the stiffness of fasteners or the radial adjustment has also been assessed and permits to identify an additional potential optimization of bolted joints

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Toulemonde, Charles. "Dynamique des oscillateurs à impacts." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0520.

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Abstract:

Au cours de cette thèse, la dynamique des assemblages de structures a été modélisée sous l'angle des oscillateurs a impacts. Plus particulièrement, la dynamique de ces systèmes a été envisagée de manière analytique. Les résultats théoriques de la thèse généralisent les résultats analytiques publiés jusqu'alors dans la littérature. L’étude a ainsi été étendue à l'ensemble des réponses périodiques possibles de ces systèmes : réponses périodiques impactant un nombre fini de fois par période, réponses périodiques avec phases de collage impactant un nombre infini de fois par période. Par ailleurs, les résultats présentés dans le cadre de cette thèse ne se limitent pas aux systèmes monodimensionnels, ils s'appliquent à l'ensemble des oscillateurs à impacts à plusieurs degrés de liberté. Les essais expérimentaux que nous avons menés confirment les travaux analytiques. Grâce aux méthodes analytiques que nous avons développées, il est possible de réaliser une investigation précise et rapide de la dynamique des oscillateurs à impacts. L’application de la méthode de continuation contribue, par la suite, à élargir le champ des résultats dans l'espace des paramètres. Grâce à cet outil, des diagrammes de bifurcation, de réponse fréquentielle ou de régionnement ont été construits. En ce qui concerne les réponses impactant un nombre fini de fois par période, la formulation de la dynamique employée est telle que la difficulté de la résolution du problème est rendue indépendante du nombre de degrés de liberté considérés pour modéliser la structure. L’exploitation de ce type de méthode permet ainsi d'étudier des systèmes réalistes dont le comportement non linéaire peut être très prononce, éventuellement même discontinu (impacts, frottement sec). Les outils que nous avons développés permettent d'aborder la dynamique asymptotique des assemblages boulonnes dans sa complexité.

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Oudjene, Mourad. "Modélisation et optimisation du comportement mécanique des outils d'emboutissage stratifiés précontraints par vissage." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL/2005_OUDJENE_M.pdf.

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Abstract:

Dans le contexte de l'emboutissage des tôles, les outils jouent un rôle crucial et le coût global d'une pièce emboutie est fortement influencé par le coût des outils, dépendant du volume de production. Pour la petite et moyenne série ou pour le prototypage rapide, les outils d'emboutissage peuvent être fabriqués par un empilement de strates métalliques, assemblés par diverses techniques (collage, vissage, boulonnage. . . ). Chaque strate est obtenue par découpe laser et micro-fraisage (comme dans la Stratoconception®). Ce travail, original en ce qui concerne les outils d'emboutissage, consiste à proposer une méthodologie numérique permettant l'analyse du comportement tridimensionnel des outils d'emboutissage, en particulier les outils prototypes fabriqués par empilement successif de couches métalliques (strates) et assemblés par vissage, l'objectif final étant de pouvoir dimensionner, voire optimiser leurs conception, notamment le système d'assemblages des strates par des vis précontraintes. Afin de surmonter les difficultés qu'implique la simulation de l'emboutissage en considérant les outils déformables (maillages, temps CPU. . . ) ainsi que celles liées à l'aspect stratifié des outils, nous proposons et nous développons une approche simplifiée en deux étapes qui a l'avantage de découpler les non-linéarités de l'emboutissage et l'analyse linéaire élastique des outils déformables. La démarche a été appliquée avec succès dans le cadre des outils stratifiés assemblés par vissage (obtenus par Stratoconception®). Dans ce contexte, nous avons également proposé une procédure d'optimisation des positions des vis précontraintes afin d'améliorer la conception et la tenue mécanique des outils stratifiés, notamment en augmentant la durée de vie des vis précontraintes
In sheet metal stamping, the forming tools play a crucial role and the global cost of stamped parts is highly influenced by the cost of the tools, depending on the production volume. For low volume or for rapid prototyping, stamping tools can be made by an assemblage of steel sheets or layers, assembled by different techniques (glue, screws, bolts. . . ). Each layer is obtained by laser cutting and micro-milling (as in the Stratoconception® approach). The present work deals with the design of stamping tools obtained by the assemblage of plates in layers and fixed by screws. We propose and validate a numerical approach for the 3D stress analysis of the multilayered tools. The final original objective is to optimize the layered stamping tools assembled by screws. In order to avoid the great difficulties involved for the numerical simulation of the stamping process taking into account deformable and layered tools assembled by screws, we develop a simplified approach based on two steps, based on the decoupling of the non-linearities of the stamping process and the linear elastic analysis of the deformable tools. Several examples are considered with multilayered steel tools assembled by screws and produced by the Stratoconception® approach. We finally proposed an optimization procedure of the screw positions as an attempt to improve the design and the strength of the layered tools by increasing the life duration of the screws

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Charron-Drolet, Daniel. "Comportement des assemblages antiglissement dans les ponts de type platelage en aluminium sur poutres en acier." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/32524.

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Abstract:

Le haut rapport résistance/poids de l’aluminium, son extrudabilité et sa grande résistance à la corrosion rendent ce matériau prometteur dans un système de pont durable et performant où un platelage alvéolé en aluminium repose sur des poutres en acier. Il est avantageux de développer l’action composite entre le platelage et les poutres, mais plusieurs défis entravent l’atteinte de l’action composite, assurée par des assemblages boulonnés antiglissement. Leur conception doit tenir compte de : la corrosion galvanique, du coefficient de frottement de l’interface acier-aluminium, du coefficient de dilatation thermique double de l’aluminium en comparaison avec celui de l’acier et des défis liés à l’installation des connecteurs en cisaillement. Un programme expérimental a été élaboré pour évaluer la performance des connecteurs en cisaillement mécanique ponctuel identifiés. L’alliage d’aluminium 6063-T6, les boulons ASTM F3125 grade A325 et F1852 ainsi que les boulons aveugles Oneside et Ultra-Twist des fabricants Ajax et Huck ont été mis à l’essai. Les essais de glissement à court terme démontrent que le coefficient de frottement et la rigidité de l’assemblage augmentent lorsque l’épaisseur des plaques en aluminium augmente et que, en contact avec de l’aluminium grenaillé, l’acier métallisé offre une meilleure résistance au glissement et une plus grande rigidité que l’acier galvanisé. La relaxation par glissement a causé une diminution systématique et significative de la charge de précontrainte. La charge de précontrainte initiale moyenne de chacun des connecteurs est suffisante, mais celle des boulons aveugles démontre une variabilité élevée. La relaxation s’apparente à celle des assemblages entièrement galvanisés et le resserrage est efficace pour la diminuer. Les cycles de température causent une perte cumulative de la charge de précontrainte et celle-ci est aussi diminuée par une baisse de température. Pour finir, la résistance au glissement estimée après 75 ans et à -47°C est largement supérieure que celle de conception.
Aluminium’s high strength to weight ratio, coupled with its extrudability and high corrosion resistance makes it very promising in a durable and efficient bridge concept, where an aluminium honeycombed-deck rests on steel girders. It is advantageous to develop a composite behavior between the multicellular aluminium deck and the steel girders, but many challenges hinder the composite behavior, developed by slip critical bolted connections. Indeed, the design of such connectors need to take into account: galvanic corrosion, the slip factor at the faying surface between steel and aluminium, the thermal expansion factor of aluminium, which is twice that of steel, and the installation challenges of the shear connectors. An experimental program was drafted to evaluate the performance of the identified shear connectors. The 6063-T6 aluminium alloy, the ASTM F3125 grade A325 and F1852 bolts as well as two blind bolts, Ajax’s Oneside and Huck’s Ultra-Twist, were tested. The short-term slip tests reveal that the slip factor and the joint rigidity increase when thicker aluminium plates are used, and that, in contact with sandblasted aluminium, metallized steel yields a higher slip factor and joint rigidity then hot-dip galvanized steel. Relaxation induced by slip caused a systematic and significant decrease of the bolt preload during slip. The achieved initial bolt preload of the identified shear connectors is appropriate, but the standard deviation of the blind bolts is high. The measured relaxation is similar to that of an all hot-dip galvanized steel joints and retightening the bolts is an efficient method to reduce it. Temperature cycles yield acumulative loss of the bolt preload and a decrease in temperature yields a direct reduction of the bolt preload. Finally, the slip resistance estimated at 75 years and at -47°C is largely superior to the design slip resistance.

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Gohorianu, Gina. "Interactions entre les défauts d'usinage et la tenue en matage d'assemblages boulonnés en carbone/epoxy." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/248/.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est d'établir l'influence des défauts de perçage sur la tenue en matage d'assemblages boulonnés en carbone/époxy. La première partie de l'étude montre l'influence des conditions de perçage sur la taille et la forme des défauts créés au sein de stratifiés carbone/époxy quasi-isotropes. Pour toutes les conditions de perçage testées, l'augmentation de la vitesse d'avance génère l'accroissement des défauts (délaminages, arrachement de fibres et de matrice, défauts de circularité. . . ). Dans la deuxième partie, des essais de traction quasi-statiques ont été réalisés sur des assemblages boulonnés hybrides (métal/composite/métal). Les différentes configurations testées ont montré que les défauts de perçage peuvent diminuer de manière significative la résistance en matage des stratifiés sollicités au sein d'assemblages avec et sans serrage. Les résultats expérimentaux ont également mis en évidence le fait que l'effort de serrage permet d'améliorer considérablement la résistance en matage des composites stratifiés. Les observations microscopiques ont permis de décrire le mécanisme d'endommagement par matage comme un phénomène gouverné par des micro-flambements de fibres, des fissurations matricielles et des délaminages. Un critère de rupture en matage basé sur la rupture en compression sens fibres a été proposé. La dernière partie de l'étude concerne la modélisation 3D par éléments finis des assemblages boulonnés avec et sans serrage
The aim of this study is to show the relationship between drilling defects and bearing behaviour of carbon/epoxy bolted joints. The first part of the study shows the effects of drilling conditions on the size and the shape of defects generated in carbon/epoxy quasi-isotropic laminates. For all the drilling conditions tested, higher feed speed increases the size of defects (delaminations, chip-out of fibres and matrix, circularity defects. . . ). In the second part, quasi-static tensile tests were performed on hybrid bolted joints (metal/composite/metal). Various test configurations showed that drilling defects can significantly reduce the bearing strengths of bolt-loaded and pin-loaded laminates. Experimental results also showed that the bolt clamping force considerably increases the bearing strength of composite laminates. From microscopic observations it was found that bearing damage mechanism is governed by fiber micro-buckling, matrix cracking and delaminations. A bearing failure criterion based on fibres compressive failure has been proposed. The last part of the study presents the 3D finite elements modelling of composite bolt-loaded and pin-loaded joints

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Chakhari, Jamel. "Modélisation d’une fixation par éléments filetés d’une structure à forte excentration de chargement et soumise à des sollicitations en fatigue." Toulouse, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAT0004.

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Abstract:

Dans cette thèse, un outil numérique de dimensionnement d’une fixation par éléments filetés d’une structure à forte excentration de chargement est présenté. Il s’agit du développement d’un modèle numérique pour un assemblage type d’une pièce prismatique fixée sur son support par deux vis ou deux boulons. Les axes des vis et celui de la force appliquée à l’assemblage sont parallèles et situés dans le même plan. Le modèle proposé est construit à partir d’éléments finis unidimensionnels représentant les pièces et d’éléments ressorts modélisant le contact élastique entre les deux pièces assemblées. La particularité du modèle est la prise en compte de l’évolution de la zone de contact en fonction du chargement extérieur. La déformation locale due au contact de la pièce assemblée avec le coin de son support est formulée. Un algorithme qui réactualise la matrice de rigidité de contact est développé. La résolution numérique est associée à un programme écrit en Langage C, donnant les contraintes dans les vis d’assemblage en statique et en dynamique. Des simulations éléments finis tridimensionnels et une étude expérimentale ont été réalisées. Le comportement et les résultats du modèle développé sont validés. La méthode de plan d’expériences est appliquée pour l’analyse des effets des paramètres de l’assemblage sur le comportement en fatigue des vis de fixation. Le modèle est ensuite étendu et appliqué à d’autres configurations d’assemblages multi boulonnés
This PhD thesis presents a numerical tool for dimensioning threaded elements joint of a structure subjected to high eccentric fatigue loading. The model is relative to a basic joint prismatic part fixed on its supporting structure by two fasteners (screws or bolts) whose axes are parallel and coplanar with external loading. This model is established from unidirectional finite elements to represent the subassemblies and the screws. The elastic contact between subassemblies is modelled by linear springs. The main advantage of the model is considering the evolution of the contact zone with external loading. Moreover, Local deformation due to the contact between the lower part angle and the upper connected subassembly is formulated. An algorithm which updates the contact stiffness matrix and sets out forces and displacements at each node of the structure is developed and coded under C. The main contribution of this program is the evaluation of the stresses in both static and fatigue. 3D Finite Elements calculations and experimental tests were conducted to validate the behavior of the model and results. A statistical software method is applied to set out joint parameters effects on fasteners fatigue. The numerical dimensioning model is finally extended to others configurations of multi bolted joints

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Leclerc, Julien. "Utilisation innovatrice de l'aluminium dans les ponts : effets de la variation de la température sur le comportement structural d'un tablier à platelage d'aluminium sur poutres d'acier, à action composite." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/30272.

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Abstract:

Le présent document traite de l'utilisation d'un nouveau platelage en aluminium, présentement développé à l'Université Laval. Ce nouveau platelage, d'une hauteur de 200 mm, se veut une alternative aux dalles en béton armé couramment utilisées dans les ponts routiers. Il est proposé de connecter le platelage à des poutres en acier à l'aide d'une connexion boulonnée antiglissement utilisant des boulons en acier galvanisé ASTM F3125/F3125M-15a de grade A325 et de diamètre M20. L'optique est de développer une action composite totale afin d'obtenir la pleine capacité de la poutre mixte. Cependant, le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium étant le double de celui de l'acier, des mouvements différentiels entre le platelage en aluminium et les poutres en acier sont possibles suite à des variations de température. Le comportement de cet assemblage sous les charges thermiques doit donc être étudié. Ce projet propose d'utiliser la méthode des éléments finis à l'aide du logiciel commercial Abaqus afin de déterminer le comportement de cet assemblage face à la combinaison des charges thermiques et mécaniques à l'état limite d'utilisation (ÉLUT) ainsi qu'à l'état limite ultime (ÉLUL). Ces charges sont déterminées à partir des directives du Code canadien sur le calcul des ponts routiers (CAN/CSA S6-14). Les résultats montrent qu'il est possible de développer l'action composite totale entre le platelage en aluminium et les poutres en acier. Aussi, en suivant les recommandations prescrites par cette étude, il est possible de prévenir le glissement sous les charges thermiques et de maintenir le comportement antiglissement de l'assemblage à l'ÉLUT en plus de prévenir la rupture de l’assemblage boulonné sous la combinaison des charges thermiques et mécaniques à l’ÉLUL.
This project concerns the use of a new aluminium bridge deck that is being developed at Université Laval. It is a 200 mm deep aluminium bridge deck, which represents an alternative to the reinforced concrete slabs in bridges. This project proposes to connect the aluminium bridge deck to steel girders using galvanized ASTM F3125/F3125M-15a grade A325 bolts of diameter M20 in a slip-critical connection. Full composite action between the deck and the girders is expected in order to develop the full capacity of the composite section. However, the coefficient of thermal expansion of aluminium, being twice that of steel, differential movements may occur during temperature changes. To understand the behavior of the bolted connection under such thermal loadings, this project uses finite element model with the Abaqus software. The combinations of dead, live and thermal loads at the ultimate limit state (ULS) and serviceability limit state (SLS) are studied. The loads are calculated according to the Canadian Highway Bridge Design Code (CAN/CSA S6-14). Results confirm that full composite action between the aluminium deck and the steel girders can be achieved. Moreover, by following the recommendations of this study, it is possible to eliminate the sliding that may occur during the thermal loading of the beam at the serviceability limit state (SLS). This study also offers a solution to prevent the failure of the bolted connections following the combination of thermal and mechanical loads.

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Dang-Hoang, Thong. "Rupture et endommagement d’un assemblage boulonné : approche expérimentale et simulation numérique." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10066.

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Abstract:

Ce travail porte sur l’étude de la rupture et de l’endommagement d’un assemblage boulonné constitué de tôles minces en alliage d’aluminium 6082 T6, d’épaisseur e=2 mm, en simple recouvrement. Plusieurs configurations d’assemblages (nombre et disposition des fixations) sont étudiées dans le cas de sollicitations monotones, en analysant les effets de bord. L’influence du couple de serrage et du jeu fonctionnel sera pris en compte pour l’étude du comportement global de la liaison. Une approche expérimentale a été mise en oeuvre pour analyser la chronologie des mécanismes d’endommagement en utilisant simultanément la technique d’émission acoustique (EA) et la mesure des champs par corrélation d’images digitales (CID). La technique EA a permis de suivre les évolutions des activités acoustiques avec une technique de localisation planaire en permettant de mieux cerner l’amorçage et la propagation des fissures. La technique CID confirme les scénarios d’endommagement en évaluant le champ des déformations en tout point au voisinage de la fixation. La simulation numérique par éléments finis a été utilisée afin de prédire le comportement global de ces assemblages. Les calculs sont réalisés en 3D en utilisant des éléments solides et des éléments coques et sont entrepris aussi bien en élastoplasticité sans endommagement qu’avec endommagement. La prédiction de l’endommagement a été correctement réalisée en utilisant deux modélisations : une modélisation découplée selon le modèle de Latham et Cockroft et une modélisation couplée basée sur le modèle de Gurson modifié
This study focuses on the study of fracture and damage of a bolted assembly made up of thin sheets of aluminum alloy 6082 T6, thickness e= 2 millimeters, in single recovery. Several configurations of assemblies (number and arrangement of fasteners) are studied in monotonous solicitations, analyzing the effects of board. The influence of torque and clearance will be considered for the study of the behavior of the link. An experimental approach was implemented to analyze the sequence of damage mechanisms simultaneously using the technique of acoustic emission (AE) and measurement of fields by digital image correlation (DIC). EA Technology has tracked the evolution of acoustic activities by planar localization to better identify the initiation and propagation of cracks. The DIC technique confirms the damage scenarios evaluating, the deformation field at any point near the fastener. The finite element technique was used to predict the overall behavior of these assemblies. The calculations are performed in a 3D computer code using solid elements, shell elements and and are undertaken both in élastoplasticité without and with damage. The prediction of damage has been done using two models : modeling decoupled depending on the model of Latham and Cockroft and coupled modeling based on the model of Gurson modified

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Gant, Florent. "Stratégie de modélisation et de simulation des assemblages de structures aéronautiques en contexte incertain." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00675741.

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Abstract:

Ce travail de recherche présente une stratégie de modélisation et de dimensionnement pour les assemblages boulonnés en milieu aéronautique. Dans le cas du dimensionnement de grandes structures, les bureaux d'étude se servent habituellement de techniques dites de " zoom structural ". Elles permettent de gérer les ressources numériques à disposition, avec des modèles simples et de grande taille à l'échelle globale, et des modèles plus complexes à l'échelle locale. Cette étude s'insère dans le cadre d'un processus de zoom structural dans lequel les structures étudiées présentent un très grand nombre de fixations. Un premier travail consiste à proposer une modélisation pertinente des fixations à l'échelle globale. Dans une seconde partie, les dispersions de comportement observées dans les fixations boulonnées sont prises en compte par l'utilisation de la théorie des méconnaissances. Une technique de recalage de la modélisation complète est ensuite proposée afin de tirer partie d'éventuels essais réels ou numériques. Enfin, la stratégie proposée est appliquée sur des cas d'assemblages boulonnés de type aéronautique. Les avantages, mais aussi les limites de l'utilisation d'une telle stratégie y sont discutés.

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Dang-Hoang, Thong. "Rupture et endommagement d’un assemblage boulonné : approche expérimentale et simulation numérique." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10066/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur l’étude de la rupture et de l’endommagement d’un assemblage boulonné constitué de tôles minces en alliage d’aluminium 6082 T6, d’épaisseur e=2 mm, en simple recouvrement. Plusieurs configurations d’assemblages (nombre et disposition des fixations) sont étudiées dans le cas de sollicitations monotones, en analysant les effets de bord. L’influence du couple de serrage et du jeu fonctionnel sera pris en compte pour l’étude du comportement global de la liaison. Une approche expérimentale a été mise en oeuvre pour analyser la chronologie des mécanismes d’endommagement en utilisant simultanément la technique d’émission acoustique (EA) et la mesure des champs par corrélation d’images digitales (CID). La technique EA a permis de suivre les évolutions des activités acoustiques avec une technique de localisation planaire en permettant de mieux cerner l’amorçage et la propagation des fissures. La technique CID confirme les scénarios d’endommagement en évaluant le champ des déformations en tout point au voisinage de la fixation. La simulation numérique par éléments finis a été utilisée afin de prédire le comportement global de ces assemblages. Les calculs sont réalisés en 3D en utilisant des éléments solides et des éléments coques et sont entrepris aussi bien en élastoplasticité sans endommagement qu’avec endommagement. La prédiction de l’endommagement a été correctement réalisée en utilisant deux modélisations : une modélisation découplée selon le modèle de Latham et Cockroft et une modélisation couplée basée sur le modèle de Gurson modifié
This study focuses on the study of fracture and damage of a bolted assembly made up of thin sheets of aluminum alloy 6082 T6, thickness e= 2 millimeters, in single recovery. Several configurations of assemblies (number and arrangement of fasteners) are studied in monotonous solicitations, analyzing the effects of board. The influence of torque and clearance will be considered for the study of the behavior of the link. An experimental approach was implemented to analyze the sequence of damage mechanisms simultaneously using the technique of acoustic emission (AE) and measurement of fields by digital image correlation (DIC). EA Technology has tracked the evolution of acoustic activities by planar localization to better identify the initiation and propagation of cracks. The DIC technique confirms the damage scenarios evaluating, the deformation field at any point near the fastener. The finite element technique was used to predict the overall behavior of these assemblies. The calculations are performed in a 3D computer code using solid elements, shell elements and and are undertaken both in élastoplasticité without and with damage. The prediction of damage has been done using two models : modeling decoupled depending on the model of Latham and Cockroft and coupled modeling based on the model of Gurson modified

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Duan, Ruichun Mesmacque Gérard. "Étude de l'endommagement en fretting-fatigue application aux structures boulonnées /." Villeneuve d'Ascq : Université des sciences et technologies de Lille, 2007. https://iris.univ-lille1.fr/dspace/handle/1908/1024.

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Cousin, Antoine. "Résistance à l'enfoncement du pin gris en fonction du taux de chargement et des conditions de service." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28976/28976.pdf.

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Abstract:

Comprendre et pouvoir prédire l’effet combiné du temps et des conditions ambiantes sur le comportement mécanique du bois et de ses assemblages est un sujet récurrent pour l’ingénierie de construction. Cette étude tend à établir l’influence du taux de chargement à la résistance du bois à l’enfoncement de boulon dans différentes conditions de service. La partie expérimentale du projet consiste à mesurer la résistance à l’enfoncement de boulon parallèle au fil du bois. Les attaches des éprouvettes de pin gris (Pinus banksiana) de 31×89×660 mm sont assemblées à l’aide d’un boulon de 12,5 mm de diamètre et de deux plaques de jonction en acier de 6 mm d’épaisseur à chaque extrémité. Chaque assemblage est réalisé après conditionnement du bois selon trois régimes : 1) l’état humide supérieur à 24%, 2) l’état sec à environ 12%, et 3) l’état très sec proche de 8%. Pour chacune des trois conditions d’humidité, sept taux de chargement descendant de 115 KN/min à 0,1N/min en intervalles logarithmiques sont appliqués jusqu'à rupture. Dans chaque série de tests, six éprouvettes sont incluses. Une distribution de la densité du bois et de ses défauts est établie dans chaque série de tests pour que l’étude soit représentative face à ce matériau hétérogène et variable. La rigidité élastique, la limite d’élasticité, le seuil de plasticité, la résistance maximale ainsi que la densité et la teneur en humidité sont mesurés pour chaque zone de test. Une comparaison des données de test avec les équations empiriques de durée de chargement est présentée dans cette étude. Pour 12% de teneur en humidité, la résistance à l’enfoncement montre le même comportement face à la durée de chargement que celui en flexion ou en compression. La perte de résistance à l’enfoncement est analysée et corrélée aux valeurs de résistance ainsi qu’aux coefficients d’ajustement des normes de calcul européenne, canadienne, et américaine. Les pondérations des normes nord-américaines semblent correspondre aux résultats de ce projet en se basant sur un temps de référence à rupture de 10 minutes.
Understanding and predicting the effect of load duration and ambient conditions on mechanical behavior of wood is an important subject in wood engineering. The aim of the study is to establish the influence of the rate of loading on the embedding strength of wood in various service conditions. The experimental part of the project consists of measuring the embedding strength of wood parallel to grain. Jack pine specimens (Pinus banksiana) of 31×89×660 mm are assembled using one bolt of 12.5-mm in diameter and two 6-mm thick steel side plates at each end. Specimens are assembled after conditioning to one of the following equilibrium moisture contents (MC): 1) green, at least 24 % MC, 2) air-dry, about 12 % MC, and 3) very dry, about 8% MC. Seven rates of loading, varying between 115 KN/min and 0.1N/min, are applied to the specimens in each moisture condition. Given the heterogeneity of the material, the test pieces are matched using visual grading and density distribution to attribute similar wood quality to each test series. Elastic stiffness, proportional limit, yield point, the maximum resistance, MC and specific gravity are determined for each embedding zone after the test. A comparison between test values and empirical equations for duration of load is presented in this study. At 12% MC, embedding strength shows an equal behavior for duration of load, similar to bending and compression. The loss of the dowel embedding strength is analyzed and correlated to the strength values and the adjustment factors of the Canadian, European and American wood design codes. Predictions of the North-American codes appear to fit the results of this research based on 10-min reference test duration.

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Duan, Ruichun. "Étude de l'endommagement en fretting-fatigue : application aux structures boulonnées." Lille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006LIL10065.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude de l'endommagement en fretting fatigue d'un alliage d'aluminium 5086H24 dans un assemblage boulonné. Des essais de fatigue et des essais de fretting - fatigue sont réalisés sur des éprouvettes avec un trou central suivi ou non d'une expansion et sur des assemblages boulonnés en « Alu - Acier ». Une analyse micrographique sur les surfaces de contact et sur les facies de rupture a été réalisée afin d'identifier l'endommagement de contact et les sites d'amorçage. Un calcul aux éléments finis, prenant en compte le contact, a été développé en vue de déterminer les champs de contraintes, de déformations et de déplacements. En l'absence du contact, l'amorçage et la propagation d'une fissure de fatigue sont bien connus, par contre lors du fretting fatigue, nous sommes en présence d'une compétition du fretting et de la fatigue et/ou de la combinaison des deux. Pour notre configuration, avec les investigations expérimentale, micrographique, et de calcul, nous avons identifié les différents sites d'amorçage et leur localisation qui sont directement liés à l'effort normal (pression de contact). Ces sites d'amorçage passent du bord du trou à la frontière de contact avec une orientation qui dépend fortement de l'effort normal. Dans cette étude, nous avons montré que l'expansion du trou n'a pas une influence significative sur la durée de vie et que l'amélioration de celle-ci dépend de la pression de contact. Une Carte de Réponse du Matériau CRM (par analogie au phénomène d'usure et/ou fretting) a été établit pour représenter les conditions de l'amorçage de fissures.

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Ksentini, Olfa. "Etude du dévissage spontané d'un assemblage boulonné soumis à des sollicitations transverses dynamiques." Thesis, Toulouse, INSA, 2016. http://www.theses.fr/2016ISAT0036/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude du dévissage spontané d’assemblages vissés, sous sollicitations dynamiques transversales. Un travail expérimental et numérique a été réalisé pour caractériser ce phénomène, dans des conditions proches de celles des assemblages réels. Une expérimentation a permis de provoquer le dévissage d’un boulon, en soumettant l’assemblage à des vibrations transversales par rapport à l’axe de la vis. Les effets de la précharge, du traitement de surface et de la disposition des vis ont été explorés. Ces résultats ont été confrontés avec ceux obtenus par un modèle numérique détaillé utilisant la méthode des éléments finis. Cependant, en raison de la complexité de la géométrie et des difficultés de modélisation à l’échelle locale, le temps de calcul est très important et peut être prohibitif pour une étude industrielle. Afin de remédier à cette difficulté, des modèles simplifiés ont été développés, l’un avec une approche par éléments finis associés à un connecteur cinématique, et l’autre par modélisation unidimensionnelle. Ces modèles simplifiés reproduisent correctement le phénomène du dévissage spontané et confirment leur efficacité en gain de temps de calcul
This thesis focuses on the study of the self-loosening of bolted joints under transverse dynamic loads. Experimental and numerical work was carried out in order to reveal this phenomenon under conditions close to those of actual assemblies. An experiment allowed the loosening of a bolt to be caused by subjecting the assembly to transverse vibration with respect to the axis of the screw. Effects of preload, surface treatment and disposal of the screws were explored. These results were compared with those obtained by a detailed numerical model using the finite element method. However, due to the complexity of the geometry and modeling challenges at the local level, the computation time was very long and may be prohibitive for an industrial study. To remedy this problem, two simplified models were developed, one with a finite element approach associated with a kinematic connector, and one by unidimensional modeling. These simplified models correctly reproduce the self-loosening phenomenon and confirm their efficiency in terms of computation time

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Tajeuna, Ako Donfack Thérèse. "Comportement statique et dimensionnement des assemblages multi-matériaux boulonnés et boulonnés/collés." Thèse, Université de Sherbrooke, 2015. http://hdl.handle.net/11143/8596.

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Abstract:

Cette étude porte sur l'intégration de l'aluminium et de matériaux composites de type Polymère Renforcé de Fibre de Verre (PRFV) dans les ponts transportables ferroviaires. Ces matériaux ont un intérêt particulier en raison de leur résistance aux conditions environnementales rudes et leur légèreté. Cependant, la combinaison de ces matériaux légers avec les matériaux traditionnels dont l'acier est peu fréquente dans les structures de génie civil. De plus les références de conception fournissent très peu d'informations pour le dimensionnement de ce type d'assemblage. Il existe néanmoins des références de conception des assemblages simplement en aluminium ou simplement en PRFV. Cependant, en comparaison avec l'acier, les recommandations proposées pour l'aluminium et les PRFV sont basées sur un nombre restreint d'essais et le dimensionnement optimal d'un assemblage boulonné entre des pièces d'acier et d'aluminium ou de PRFV peut s'avérer difficile. Aussi, l'objectif principal de la thèse est d'identifier les paramètres géométriques optimum des assemblages boulonnés aluminium-acier et PRFV-acier et d'effectuer une analyse critique des recommandations de conception existantes et si nécessaire les améliorer et enfin, d'évaluer la contribution de la colle dans les assemblages boulonnés/collés. Sur la base de l'état des connaissances disponibles, des études expérimentales et/ou numériques des assemblages boulonnés, collés, et boulonnés/collés des plaques aluminium-acier et PRFV-acier ont été menées. Pour les assemblages boulonnés, des configurations à un boulon et deux boulons ont été expérimentalement et analytiquement analysées. Les résultats obtenus ont permis d'évaluer l'effet des paramètres géométriques tels que l'épaisseur des plaques, les pinces longitudinale et transversale, et les pas longitudinal et transversal sur la résistance de l'assemblage. Par la suite, les paramètres géométriques optimums des assemblages boulonnés en PRFV-acier et aluminium-acier ont été identifiés et l'analyse critique des équations de dimensionnement des assemblages en aluminium et en PRFV recommandés dans les références de conception a été effectuée. Dans le cas des assemblages aluminium-acier, une amélioration des équations de résistance à la pression diamétrale et de résistance en traction et cisaillement combinés ont été proposées. Pour les assemblages en PRFV-acier, une étude semi-empirique a permis de proposer une équation de résistance en section nette adaptée aux PRFV pultrudés. Pour les assemblages collés et boulonnés/collés, seules les configurations à un boulon ont été testées. Des adhésifs méthacrylate et époxyde ont été utilisés et l'effet de ces derniers sur les assemblages multi-matériaux a été évalué. Il est apparu que le type d'adhésif a un effet important tant sur la résistance de l'assemblage que sur son mode de rupture. En outre la rigidité des plaques a un grand impact dans la capacité portante de l'assemblage collé. La contribution de la colle dans un assemblage boulonné a été trouvée avantageuse seulement dans le cas de l'assemblage PRFV-acier. Dans le cas de l'assemblages aluminium-acier, pas d'accroissement significatif n'a été observé.

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Camara, Aliou Badara. "Analyse du comportement en fatigue d'assemblages boulonnés." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC105.

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Abstract:

L’intégrité structurelle des composants mécaniques et de leurs assemblages est un objectif majeur de conception. Les applications peuvent concerner l’aéronautique, l’automobile, le ferroviaire ainsi que les ouvrages tels que les ponts ou encore des mâts soumis à des sollicitations cycliques ou à amplitude variable. Cela amène l’ingénieur de conception à prendre en compte différents phénomènes dont celui de la fatigue, facteur dominant pouvant conduire, sous sollicitation dynamique, à la défaillance des structures ou de certaines pièces les constituant. Un outil de post-traitement a, d’une part, été développé et implémenté sous Matlab pour évaluer le niveau d’endommagement à la limite d’endurance fixée du matériau (2.106 cycles) et, d’autre part, une démarche itérative a été proposée pour le calcul de durée de vie en fatigue. Les deux critères multiaxiaux de fatigue utilisés sont le critère de Dang Van (approche de type plan critique) et celui de Zenner (approche intégrale). L’outil de post-traitement est validé par des résultats d’essais de fatigue issus de la bibliographie. Ces essais de fatigue sont réalisés sur des boulons M10 de classe de qualité 8.8. Les résultats établis sont comparés avec ceux obtenus à partir des normes existantes (Eurocode 3 et VDI 2230 notamment). Les deux critères multiaxiaux de fatigue retenus dans le cadre de ce travail sont confrontés à la banque de données des essais multiaxiaux qu’on trouve dans lalittérature. Les assemblages, boulonnés ou soudés, constituent des zones singulières dans les structures. Dans le butde mieux comprendre le comportement en fatigue du boulon dans un assemblage, un tronçon en té boulonné dans lequel le boulon peut être précontraint par serrage est modélisé par éléments finis sous le logiciel Salomé-méca. La précharge est modélisée numériquement en imposant un déplacement axial relatif entre les noeuds de l’écrou et ceux de la tige de la vis. L’effort axial FB et le moment fléchissant MB obtenus dans la vis avec le modèle numérique du tronçon en té sont validés par des solutions analytiques et des analyses expérimentales (essais de traction statique sur tronçon en té). Une étude paramétrique est menée pour analyser les influences en fatigue de la précharge dans le boulon, du diamètre de celui-ci, de son excentration par rapport à l’âme du tronçon en té et de l’épaisseur de la semelle. L’analyse s’est intéressée d’abord au niveau d’endommagement du boulon, puis à sa durée de vie en fatigue multiaxiale en utilisant l’outil de post-traitement construit dans le cadre du présent travail. Les simulations numériques de l’endommagement et de la durée de vie en fatigue montrent un comportement différent des deux approches utilisées de la fatigue multiaxiale pour la prise en compte de l’effet d’un pré-serrage important. Enfin, une campagne d’essais expérimentaux sur des tronçons en té a également été menée pour la validation du modèle numérique par rapport à l’effort axialFB et au moment de flexion MB dans le boulon
The structural integrity of mechanical components and their assemblies is a major design purpose. The applications may concern the aeronautics, the automobile, the railway as well as structures such as bridges or masts subjected to cyclic loads or to variable amplitude stress states. This leads the design engineer to take into account various phenomena, including fatigue, a dominant factor that may lead, under dynamic stress, to the failure of structures or parts of them. The mechanical components are generally subjected in service to multiaxial stress states. Taking into account the triaxiality of stress states requires the use of multiaxial fatigue criteria. They are suitable tools for assessing the material fatigue resistance against periodical stress states, especially when they are multiaxial. A fatigue post-processing tool is developed and implemented under Matlab software to assess on the one hand, the damage level at the fixed endurance limit of the material (2.106 cycles) and, on the other hand, the fatigue life up to crack initiation from an iterative fatigue calculation process. The two multiaxial fatiguecriteria used are Dang Van criterion (critical plane approach) and Zenner criterion (integral approach). Then, the fatigue post-processing tool is validated by fatigue test results from the bibliography. These fatigue tests are performed on M10 bolts of 8.8 quality class. The results are compared with those obtained from existing standards (Eurocode 3 and VDI 2230). The two multiaxial fatigue criteria used inthis work are compared and validated from the database of multiaxial tests found in the literature. Bolted or welded assemblies are singular areas in the structures. In order to better understand the fatiguebehavior of the bolt in an assembly, a tee-stub in which the bolt can be pre-stressed by clamping is modeled by finite elements under Salome-meca software. The preload is modeled numerically by imposing a relative axial displacement between the nodes of the nut and those of the rod of the screw. The FB axial force and the MB bending moment obtained in the screw with the numerical model of the tee-stub is validated by analytical solutions on the one hand and by experimental results (static tension tests on a tee-stub) on the other hand. A parametric study is conducted to analyze the fatigue influences of the bolt preload, its diameter, its location with respect to the tee-stub soul and the flange thickness. The analysis first focused on the bolt damage level, then on its fatigue life using the multiaxial fatigue post-processing tool built as part of this work. Numerical simulations of damage and fatigue life show a different behavior of the two multiaxial fatigue approaches to take into account the effect of a significanttightening. Experimental tests run on a tee-stub were also conducted to validate the numerical model with respect to the FB axial force and the MB bending moment

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Kounoudji, Komla Apelete. ""Intimité tribologique" des contacts d'un assemblage boulonné. Contrôle du serrage, du dévissage, ...des assemblages d'aéro-structures et conséquences sur leur conception." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI055/document.

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Depuis l'utilisation des boulons au XVème siècle pour assembler deux pièces, les assemblages boulonnés posent des questions quant à la compréhension de leur fonctionnement et de leurs défaillances, telles que la variation de la tension de serrage entrainant, le desserrage, le dévissage, la perte d'étanchéité, l'initialisation de fissures, ... Pour comprendre leur fonctionnement, une méthodologie d'analyse tribologique a été mise en place, permettant de démonter un assemblage boulonné sans le desserrer, afin de ne pas modifier les conditions de contact lors du desserrage. Ainsi, toutes les interfaces d'assemblages (‘‘filets’’ écrou/vis et ‘‘autres que filets’’) formant des triplets tribologiques, ont été étudiées durant les trois phases de leur cycle de vie (fabrication, serrage, service) par le biais de cas-tests de matériaux différents. Un dialogue interactif entre les expérimentations (corrélations d'images, expertises) et la simulation numérique (Eléments Finis, Eléments Discrets) a permis de dégager des interprétations, notamment concernant les trois phases. Lors de la fabrication, le roulage des vis engendre des transformations tribologiques superficielles au niveau des sous-surfaces des filets formés. Le cœur des vis (noyau) restant non-déformé, ce procédé crée ainsi une différence de microstructure au sein de ces vis, ce qui est une source d'altération de leurs propriétés en fatigue. Lors du serrage, il se forme à l'interface ‘‘filets’’ une mixture de troisièmes corps ‘‘sec-solide’’, accommodant la vitesse entre la vis et l'écrou. Cette mixture résulte d'une réactivité entre une graisse utilisée pour le serrage et des particules, détachées d'un revêtement appliqué sur les filets d'écrous et/ou de vis. En fin de serrage, une partie de la mixture reste piégée entre les filets, jouant le rôle de maintien de la tension de serrage. Dans ces conditions, il apparaît que le frottement varie en fonction de la rhéologie de la mixture, conditionnant la variation de la tension de serrage. En service, des instabilités de contact (glissement, décollement, ...) ont été identifiées au niveau des interfaces. Ces instabilités engendrent dans les interfaces ‘‘autres que filets’’ la formation d'un troisième corps oxydé. Ce dernier constitue un surplus de matière qui peut entrainer l'augmentation des contraintes mécaniques dans les assemblages. A l'interface ‘‘filets’’ écrou/vis, il a été constaté que si la mixture de troisièmes corps piégée en serrage n'est pas cohésive, elle est extrudée des contacts, initialisant la perte de la tension de serrage. A partir de ces interprétations, des interactions entre plusieurs circuits tribologiques conduisent à converger vers un scénario de fonctionnement des assemblages boulonnés, permettant de solutionner leurs défaillances par la re-conception (mise en place de gorge de décharge, ...)
Since the use of bolts in the fifteenth century to assemble two parts, the bolted assemblies have the interrogations according to the understanding of their operating and failures occurring, such as the variation of the clamping force leading to, self-loosening, loss of sealing performance, cracks initialization, ... In order to understand their operating, a methodology focused on tribological approach was established, enabling to disassemble a bolted assembly without loosen its, allowing to not change the contact conditions during loosening. So, all the bolted assemblies interfaces (nut/screw ‘‘threads’’ and ‘‘others than threads’’) constituting tribological triplets, have been studied according to the three stages of their full life-cycle (manufacturing, tightening and service) using configurations of different materials. An interactive dialogue between the experiments (fields measuring by digital images correlation, tribological analysis) and the numerical simulation (Finite Element Method, Discrete Element Method) has led to interpretations about the three stages. During the manufacturing, the rolling of screws generates tribological superficial transformations in subsurfaces of machined threads. Contrariwise, inside the volume of these machined screws, there is no tribological transformation. So, this manufacturing process creates a difference of microstructure in these screws, that could be a source of their fatigue properties destruction. During the tightening, it produces at ‘‘threads’’ interface a ‘‘dry-solid’’ mixture of third bodies, accommodating the speed jump between the screw and the nut. This mixture is the result of a reactivity between a grease used for bolted tightening and the particles, detached by plastic flow from a coating initially applied on the threads of nuts and/or bolts. At the end of the process, a part of the mixture remains trapped in the threads, playing the role of maintaining the clamping force. In these conditions, it appears that the friction varies depending of the rheology of the mixture, conditioning the variation of the clamping force. In service, contact instabilities (slip, peeling off, ...) have been identified in the interfaces. These instabilities lead to the formation of an oxidized third body in ‘‘others than threads’’ interfaces. This oxidized third body represents a surplus of material and can increase mechanical stresses in the assemblies. In the nut/screw ‘‘threads’’ interface, it was found that if the mixture of third bodies trapped during the tightening stage is not cohesive, it is extruded, initializing the loss of clamping force. Based on the findings, the interactions between multiple tribological circuits lead to converge to a scenario of bolted assemblies operating, allowing to solve their failures by re-designing (create discharge grooves, ...)

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Dissertations / Theses on the topic 'Assemblages à boulons'

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