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RÉSUMÉ
Le calcul en fatigue des assemblages vissés de grandes dimensions peut nécessiter de prendre en compte la plasticité à fond de filet au cours du cycle de contrainte. Cet article aborde une méthodologie de calcul intégrant cette déformation, avec la possibilité de l’appliquer dans un module de post-traitement de la fatigue, après une analyse par éléments finis. Et il présente plus particulièrement la validation de cette méthode sur un cas simple constitué d'une entaille unique.
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Jean-François FLAVENOT : Ingénieur, Fatigue des composants mécaniques, Cetim, Senlis
INTRODUCTION
Le calcul en fatigue des assemblages vissés de grandes dimensions, tels que l’on en rencontre sur les vérins à bouchons filetés ou les accumulateurs hydrauliques par exemple, peut nécessiter de prendre en compte la plasticité à fond de filet au cours du cycle de contrainte.
L’objectif de ces travaux était donc de mettre au point une méthodologie de calcul en fatigue des assemblages vissés intégrant la déformation plastique cyclique à fond de filet, en envisageant la possibilité de l’appliquer dans un module de post-traitement de la fatigue, après une analyse par éléments finis.
Différentes approches ont été envisagées, le principe étant de reprendre des résultats d’essais de fatigue obtenus lors d’études antérieures sur un cas industriel pour mettre à l’épreuve les méthodes actuelles de calcul qui prennent en compte la plasticité cyclique :
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calcul de la contrainte stabilisée à fond d’entaille par la méthode « stationnaire » développée au laboratoire de mécanique des solides (LMS) de l’École polytechnique ;
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approche locale élastoplastique (courbe d’écrouissage cyclique, courbe de Manson-Coffin) avec prise en compte d’éventuelles précharges, ou contraintes moyennes à l’aide des corrections de Morrow ou de Smith-Watson-Topper ;
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post-traitements en fatigue existant dans les codes de calcul (Abaqus par exemple).
Il était également envisagé de valider la méthode sur un cas simple (entaille unique). C’est cette validation qui est présentée ci-dessous.
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4. Conclusion
La prise en compte de la déformation plastique cyclique a été effectuée sur une géométrie d’entaille simple pour permettre l’application de l’approche locale élastoplastique. Grâce à des essais réalisés en amplitude constante ou variable, on a montré que cette approche locale, mise en œuvre à l’aide du logiciel nSoft, permet de prévoir une durée de vie sécurisante d’une pièce entaillée. Cette approche devrait pouvoir être appliquée à des assemblages vissés.
Cette approche semble être actuellement un outil fiable pour prévoir la durée de vie des pièces entaillées et des assemblages vissés. Des travaux complémentaires permettant la mise en œuvre d’un post-traitement pour éléments finis sont à réaliser. Dans le cas des assemblages vissés, d’autres aspects complémentaires seront certainement à prendre en compte à l’avenir (évolution de la répartition de charge sur les filets, problèmes de contact et de fretting, rupture de filets par flexion, etc.).
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HUTHER (I.) - Comportement en fatigue des assemblages vissés - . Rapport Cetim 1C0230 (1999).
-
(2) - FLAVENOT (J.F.), HUTHER (I.), BLONDEL (V.) - Assemblages vissés sollicités en fatigue, application aux fonds de vérins haute pression - . Rapport Cetim 1C0231 (2001).
-
(3) - DANG VAN (R.), MAITOURNAM (M.H.) - Steady-state flow in classical elastoplasticity : application to repeated rolling and sliding contact - . Journal Mech. Phys. Solides, 41 (11), p. 1691-1710 (1993).
-
(4) - LIEURADE (H.P.), TRUCHON (M.), FLAVENOT (J.F.) - La prévision de l’amorçage des fissures de fatigue à partir d’entailles - . Revue Française de Mécanique, no 1 (1992).
-
(5) - Données technologiques sur la fatigue - . Cetim (1980).
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