Etude du comportement des assemblages filetés : calcul de l'arrachement des filetages

Study of the Threaded Assemblies Behaviour : calculation of thread stripping

• Auteur / Autrice : Manuel Martinez-Martinez
• Direction : Jean Guillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Cisaillement (mécanique)

Écrouissage

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Assemblages à boulons

Résumé

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.