Développement d'une nouvelle méthode de serrage intelligente pour le contrôle des assemblages boulonnés

• Auteur / Autrice : Simon Dols
• Direction : Manuel Paredes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 28/09/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Alain Boucard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel Paredes, Patricia Morgue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Florentin, Katia Mocellin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité -- Contrôle

Montages (génie mécanique)

Éléments finis, Méthode des

Assemblages à boulons

Mots clés libres

Assemblages boulonnés

Qualité

Monitoring

Simulation éléments finis

Serrage

Bolted assemblies

Quality

Monitoring

Finite element simulation

Tightening

Résumé

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.