Development of a test bench to study self-loosening of bolted joints

Résumé

Les méthodes courantes pour étudier l'auto-desserrage des assemblages boulonnés sont la théorie, les simulations numériques et l'expérimentation. Les méthodes théorique et numérique, utilisant principalement la méthode des éléments finis, sont utilisées pour comprendre, évaluer et quantifier ce phénomène, tandis que la method expérimentale est surtout utilisée à des fins de validation et de vérification. La plupart des études expérimentales précédentes sur l'auto-desserrage des assemblages boulonnés ont été réalisées avec une machine d'essai connue sous le nom de Machine Junker qui utilise une cellule de charge conventionnelle et un capteur de rotation qui modifient la géométrie de l’assemblage et les conditions de charge. L'insertion d'un capteur de force ou d'un capteur de rotation modifie la longueur de serrage et la rigidité de l’assemblage, qui sont tous deux des facteurs importants pour l'intégrité du système et le comportement d'autodesserrage. La non-utilisation de ces capteurs peut grandement simplifier l'étude des assemblages boulonnés et des principaux paramètres. Il est important de ne pas modifier la longueur de serrage et la rigidité de l’assemblage lorsqu'elles sont le sujet principal de l'étude. Dans la conception du banc d'essai actuel, la géométrie de l'assemblage boulonné est exactement la même que dans l'application réelle et dans l'analyse par éléments finis utilisée pour la validation. Le banc d'essai conçu offre la possibilité d'étudier des assemblages boulonnés de différentes épaisseurs de pièces de serrage en combinaison avec différentes précharges et déplacements latéraux imposés. Un système de collecte de données numériques est mis en place pour fournir la possibilité de mesurer et d'enregistrer la charge axiale du boulon (précharge), le déplacement latéral imposé et la force latérale résultante, la rotation relative de la vis par rapport à l’écrou, la température, le temps et le nombre de cycles. Dans un premier temps, un dispositif de serrage a été conçu pour recevoir l’assemblage boulonné et son instrumentation. Une articulation a été fixée à la plaque inférieure pour minimiser les forces et les moments de flexion indésirables. Une analyse par éléments finis de la nouvelle conception a été effectuée pour s’assurer de l'intégrité structurelle des éléments permettant l’assemblage et l’installation des plaques, qui sont le point le plus faible du mécanisme. Les capacités maximales de toutes les autres pièces mécaniques standards sont définies par leurs fabricants respectifs et sont comparées aux résultats de l’analyse par éléments finis. Dans la deuxième étape, les engrenages d'entraînement du système bielle-manivelle ont été modifiés afin d'améliorer leurs performances pour s'adapter aux nouvelles connexions. Dans la troisième étape, deux ensembles de pièces ont été conçus pour recevoir le capteur de déplacement latéral et le capteur de rotation. Les deux ensembles ont été conçus pour s'adapter à différents contextes d'essai en utilisant des calles simples et peu coûteux. Un compteur magnétique numérique est ajouté au système pour enregistrer le nombre de cycles. Un thermocouple a également été envisagé pour mesurer la température des plaques dans le cadre d'études ultérieures. Comme dernière étape, tous les capteurs ont été connecté à un ordinateur par l'intermédiaire d'une carte d’acquisition et de control de données et une carte PCB. Le système de collecte de données est visualisé et contrôlé par le logiciel LabView. Pour des fins de validation et des essais préliminaires, une analyse complète 3D par elements finis de l’assemblage a été réalisée et les résultats ont été comparés à des essais expérimentaux. Dans cette étape, un assemble composé de deux plaques d'acier (d'une épaisseur de 10 mm), de deux rondelles d'acier, d'un boulon et d'un écrou a été évalué. Les résultats montrent que la machine développée est fonctionnelle et peut être utilisée pour la prochaine étape de la recherche.

Date	25 sept. 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Hakim A. Bouzid (Directeur(-trice))