Étude de l'autodesserrage des assemblages boulonnés

Résumé

L’autodesserrage des plaques boulonnées est un phénomène connu depuis longtemps. En effet, les boulons sont présents dans plusieurs domaines industriels, que ce soit les machines, l'industrie automobile, l'aérospatiale ou encore les industries pétrolière et gazière. Une rupture ou un simple desserrage peut avoir des conséquences graves sur les coûts de maintenance, l’environnement et les humains. Il est donc primordial de bien comprendre le processus physique derrière l’autodesserrage pour l’anticiper et l’éviter. L’autodesserrage des plaques boulonnées peut être étudié par trois moyens : des tests expérimentaux, des simulations numériques et des modèles théoriques. Dans ce mémoire, les modèles théoriques et numériques sont les moyens pour comprendre le phénomène tandis que les tests expérimentaux sont utilisés comme moyens de vérification. Les études expérimentales utilisent une machine d’essai nommée machine Junker pour les tests d’autodesserrage. Contrairement aux études précédentes utilisant des capteurs affectant le processus d’autodesserrage, le montage utilisé ici présente des capteurs affectant au minimum le phénomène : une jauge de déformation insérée dans la vis permettant de mesurer la force de serrage, une capteur de rotation situé sur l’écrou, un capteur de déplacement magnétique mesurant au plus près le déplacement relatif entre les plaques, une capteur de force mesurant la force transversale et un compteur magnétique de cycles. Différents modèles numériques ont été développés. La première catégorie de modèles simule l’autodesserrage d’un assemblage boulonné, avec des précharges, des déplacements transversaux et des épaisseurs de plaques qui varient. La seconde catégorie de modèles reprend des parties des modèles précédents dans le but de calculer les rigidités en flexion des différentes parties de l’assemblage. Ces rigidités sont utiles dans le modèle théorique développé. En ce qui concerne la théorie, des modèles de friction au niveau des zones de contact ont été développés. Cette friction est une clé importante dans la compréhension et la résolution du modèle théorique. De plus, un modèle amélioré de flexion du boulon a été également proposé. À partir de ceci, un critère évitant l’autodesserrage de l’assemblage a été développé. Enfin, une équation liant glissement entre la tête de vis et les plaques d’une part et la rotation relative entre l’écrou et la vis d’autre part a été proposée. Les effets de différents paramètres ont été étudiés théoriquement et sont en accord avec la littérature. De plus, le critère proposé offre une bonne concordance entre les résultats numériques et les résultats théoriques. En ce qui concerne la flexion du boulon, la phase sans aucun glissement donne de bons résultats. A contrario, la phase avec glissement dans les filets n’est pas bien représentée par le modèle, montré par le manque de concordance des résultats. Les équations de la friction sous la tête de vis et sous l’écrou et les simulations numériques donnent des résultats très proches; ce qui montre une bonne modélisation de cette friction. La rigidité globale du système a également été étudiée, montrant des résultats contrastés. L’utilisation des formules de la littérature ne donnent pas obligatoirement de bons résultats suivant le cas auquel le système est soumis.

Date	19 sept. 2018
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Hakim A. Bouzid (Directeur(-trice)) & Michel Gratton (Codirecteur(-trice))