Évaluation de la résistance statique d'un joint riveté par la méthode des éléments finis

Résumé

Chez Bombardier Aéronautique, les valeurs préliminaires des charges admissibles des joints permettent la sélection des fixations et le dimensionnement préliminaire des joints de l’aéronef. Cette phase, appelée conception préliminaire, est d’une durée d’environ six mois et permet de commander la matière brute. La conception détaillée suit la conception préliminaire et nécessite les valeurs finales des charges admissibles afin d’approuver les dessins qui serviront à la fabrication de l’aéronef. Cette phase est d’une durée d’environ un an. Les charges admissibles des joints sont évaluées par le biais d’essais de traction. Chaque essai permet d’obtenir la résistance statique du joint analysé. À ce jour, aucune méthode analytique n’est disponible afin de prédire les charges admissibles des joints dont l’obtention nécessite une campagne d’essais expérimentaux. La présente étude traite du développement d’une méthodologie pour évaluer la résistance statique d’un joint riveté. Dans la présente recherche, le rivet solide Aerolock en aluminium 2117-T4 est utilisé pour assembler deux tôles d’aluminium 2024-T3. La méthode des éléments finis (MÉF) est utilisée afin de prédire la résistance statique du joint riveté ainsi formé à l’aide du logiciel ANSYS Workbench. Pour ce faire, l’installation du rivet ainsi que l’essai de traction sont modélisés et résolus implicitement. Une caractérisation rigoureuse des matériaux permet d'évaluer avec précision la résistance statique du joint riveté analysé. Pour ce faire, la rupture est obtenue à l’aide d’une zone de cohésion préalablement définie dans le plan de cisaillement du corps du rivet. L’analyse de la rupture obtenue expérimentalement à l’aide d’un joint riveté de 2,03 mm d’épaisseur permet de valider la rupture prédite par le modèle d’éléments finis. Le modèle d’éléments finis permet d’obtenir une excellente prédiction de la résistance statique du joint riveté de 2,03 mm d’épaisseur déterminée expérimentalement. Le modèle admet une erreur de 0,19% pour la résistance élastique et une erreur de 0,38% pour la résistance à la rupture. Cette corrélation permet de valider partiellement le modèle numérique. Le temps de calcul est d’autant plus satisfaisant puisque la résistance à la rupture est obtenue en seulement 20 minutes grâce aux différentes stratégies de modélisation employées. Le modèle développé est ensuite utilisé pour prédire les charges admissibles du joint riveté analysé obtenues expérimentalement. Pour ce faire, la résistance statique est évaluée pour les épaisseurs de tôles de 1,27 mm, 1,60 mm, 1,80 mm et 2,03 mm. Le modèle admet des erreurs moyennes de 1,41% pour les charges admissibles élastiques et de 1,84% pour les charges admissibles à la rupture par rapport aux charges admissibles obtenues expérimentalement. Ces résultats permettent d’affirmer qu’il est possible d’utiliser la MÉF pour prédire les charges admissibles d’un joint riveté.

Date	27 sept. 2012
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Anh Dung Ngô (Directeur(-trice)) & Pascal Lortie (Codirecteur(-trice))