Amélioration des méthodes de prédiction du glissement dans les liaisons vissées soumises à des chargements thermiques et vibratoires

Improvement of slip prediction methods in screw connections subjected to thermal and dynamic loads

• Auteur / Autrice : Remi Thanwerdas
• Direction : Alain Daidié, Emmanuel Rodriguez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 27/09/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Gael Chevallier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Daidié, Emmanuel Rodriguez, Marina Heim
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Florentin, Daniel Nelias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cisaillement (mécanique)

Matériaux de frottement

Mots clés libres

Glissement

Contact

Frottements

Cisaillement

Thermoélastique

Dynamique

Méthode de dimensionnement

Slip

Contact

Friction

Shear

Thermoelastic

Dynamics

Sizing method

Résumé

Dans l'industrie spatiale, la méthode de dimensionnement actuelle des liaisons vissées implique l’utilisation de modèles numériques simplifiés, dans lesquels les liaisons sont modélisées par 6 ressorts linéaires. Plusieurs améliorations de la méthode actuelle sont proposées dans ces travaux. Pour cela, des modèles de comportements réels non-linéaires des liaisons vissées sont développés. La priorité est donnée à la sollicitation de cisaillement car elle est la principale cause de glissement des pièces. L’étude se focalise sur une liaison isolée. Le comportement des contacts est modélisé par une approche couplée phénoménologique / constitutive qui permet de prendre en compte le caractère rugueux des surfaces de contacts. Le développement des modèles analytiques permet de mettre en place une nouvelle méthode de dimensionnement des liaisons vissées. Cette nouvelle méthode est confrontée à la méthode actuelle sur des cas d'application concrets, dont un cas quasi-statique de plaques en double cisaillement, un cas thermique de type bilame et un cas dynamique de type équipement spatial. Chaque cas d’étude comprend un banc d’essais dédié, un modèle numérique détaillé et un modèle numérique industriel. En conclusion, des perspectives sont données au regard des résultats obtenus dans ces travaux.

In the space industry, the current industrial design method for screw connections involves the use of simplified numerical models in which the connections are modeled by 6 linear springs. Several improvements of the current approach are suggested in this work. For this, non-linear models of real behavior of screw connections are developed. Priority is given to the shear model because this type of loading is the main cause of slip. The study focuses on an isolated connection. The contacts behavior is modeled by a coupled phenomenological / constitutive approach which allows to take the roughness of the contact surfaces into account. The development of new analytical models allows to build a new design method for screw connections. This new method is confronted to the current one on real application cases, which include a quasi-static case of double shear plates, a thermal case of a bimetallic specimen and a dynamic case of space equipment type. Each case includes a dedicated test bench, a detailed numerical model and an industrial numerical model. In conclusion, perspectives are given in the light of the results obtained in this work.