Assemblages par éléments filetés. Calcul

Les assemblages boulonnés, qui sont sans aucun doute les systèmes de liaison les plus utilisés en mécanique, sont souvent soumis à des méthodes de dimensionnement rudimentaires, qui conduisent dans la plupart des cas à surdimensionner considérablement l’assemblage sans pour autant en garantir la sécurité.

Il est vrai que l’assemblage boulonné est un élément de machine au comportement complexe qui n’a sans doute pas encore fait l’objet de tous les travaux de recherche que son importance dans la construction mécanique justifierait.

L’historique des méthodes de calcul est exposé dans l’ouvrage de IIlgner [1]. À partir des travaux de Wöhler en 1870 et de Von Bach en 1891 sur la fatigue des matériaux, Camerer, au début du siècle, se préoccupa de la distinction à faire entre la charge de travail, la charge supplémentaire supportée par l’élément de fixation et la force de serrage résiduelle dans l’interface en fonction des rigidités. Il est d’ailleurs tout à fait étonnant qu’il ait déjà indiqué que le niveau d’introduction de la charge avait une grande influence. À partir de ces travaux, Rotscher [2] conçut le diagramme de l’assemblage qui est resté la base du système de calcul. L’ouvrage de Wiegand et Hass [3], publié en 1940, réalise la synthèse de ces connaissances et introduit la distinction entre la résistance statique et la résistance dynamique de l’assemblage.

Ce n’est que vingt ans plus tard, dans les années soixante, que de nombreux travaux sur la déformation des pièces assemblées modifièrent de façon importante l’hypothèse émise par Rotscher ([4] à [10]) et il fut alors proposé des modélisations permettant de déterminer avec une précision suffisante les raideurs des divers composants de l’assemblage. Plus récemment, toute une série de travaux réalisés à l’université technique de Berlin [11] [12] [13] [14] ont précisé ces connaissances et ont permis d’aboutir à des méthodes de calcul efficaces dans le cas des assemblages serrés et chargés axialement ou dans le cas de serrages et de chargements faiblement excentrés.

La synthèse complète de ces travaux est réalisée par les directives VDI 2230 [15] [16] ; on en retrouve l’essentiel dans un ouvrage publié par le CETIM [17], ainsi que dans la norme FD E 25-030.

Le cas des chargements fortement excentrés entraînant de grandes déformations de flexion des pièces assemblées n’a été étudié de façon satisfaisante que très récemment [18]. Il a alors été possible de mettre en évidence l’influence prépondérante de la grandeur de la précontrainte sur le supplément d’effort supporté par l’élément d’assemblage pour ce cas de chargement et l’existence d’une valeur optimale de celle-ci dans le cas d’assemblages soumis à des forces d’intensité variable [19]....