Clinchage des tôles minces - Modélisation du comportement

Le clinchage est une technique d’assemblage mécanique de tôles métalliques. Le principe de base est de connecter deux tôles métalliques par emboutissage entre un poinçon et une matrice. La tôle subit localement une déformation plastique à froid, formant un point de connexion. Le formage à froid est utilisé comme technique d’assemblage.

Dans le cadre d’un large projet européen sur les systèmes d’assemblage pour la production automatisée d’éléments en acier standards pour la construction, le clinchage a été étudié à l’université de Liège : des modèles numériques simulant le processus de clinchage ont été développés et une étude approfondie sur le comportement d’un point clinché soumis à un effort de cisaillement a été réalisée. À cet égard, des essais de cisaillement sur assemblages simples, avec seulement un ou deux points clinchés, ont été effectués et reproduits numériquement grâce au logiciel de calcul par éléments finis Lagamine . Sur base des conclusions de ces études, un modèle analytique de résistance d’un point clinché soumis à cisaillement a été développé.

Des essais, modèles numériques et développements analytiques ont également été réalisés pour des assemblages clinchés complets soumis au cisaillement et/ou à la flexion. Un des objectifs de la recherche est en effet de développer des formules permettant d’estimer rapidement la résistance et la rigidité d’assemblages clinchés.

Tout assemblage de construction est constitué d’une ou de plusieurs composantes (boulons en traction, semelle de poutre comprimée, etc.). Pour évaluer le comportement de l’assemblage, la méthode des composantes  recommande d’isoler chaque composante et d’étudier son comportement séparément. Pour des assemblages simples, la résistance de l’assemblage correspond à celle de la composante la plus faible. Cette méthode dite « des composantes » a été adoptée dans les eurocodes en constructions métallique et mixte. Elle peut être appliquée aux assemblages clinchés. Dans ces assemblages, une seule composante est identifiée : le point clinché soumis à cisaillement (on le nommera « clinch » par la suite). L’analyse du comportement d’un clinch est donc primordiale pour déterminer le comportement d’un assemblage complet à clinches multiples.

Le présent article est consacré à l’étude du comportement de la composante « clinch en cisaillement ». Les aspects expérimentaux, numériques et analytiques de la recherche y sont présentés. D’abord, une comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques est réalisée dans le but de valider les modèles. Grâce aux essais et simulations numériques, une série de paramètres sont identifiés et les modes de ruine sont analysés. Tous ces éléments sont enfin utilisés pour développer une formulation analytique de la résistance de la composante « clinch en cisaillement ».