Modélisation d’une fixation par éléments filetés d’une structure à forte excentration de chargement et soumise à des sollicitations en fatigue
Institution:
Toulouse, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This PhD thesis presents a numerical tool for dimensioning threaded elements joint of a structure subjected to high eccentric fatigue loading. The model is relative to a basic joint prismatic part fixed on its supporting structure by two fasteners (screws or bolts) whose axes are parallel and coplanar with external loading. This model is established from unidirectional finite elements to represent the subassemblies and the screws. The elastic contact between subassemblies is modelled by linear springs. The main advantage of the model is considering the evolution of the contact zone with external loading. Moreover, Local deformation due to the contact between the lower part angle and the upper connected subassembly is formulated. An algorithm which updates the contact stiffness matrix and sets out forces and displacements at each node of the structure is developed and coded under C. The main contribution of this program is the evaluation of the stresses in both static and fatigue. 3D Finite Elements calculations and experimental tests were conducted to validate the behavior of the model and results. A statistical software method is applied to set out joint parameters effects on fasteners fatigue. The numerical dimensioning model is finally extended to others configurations of multi bolted joints
Abstract FR:
Dans cette thèse, un outil numérique de dimensionnement d’une fixation par éléments filetés d’une structure à forte excentration de chargement est présenté. Il s’agit du développement d’un modèle numérique pour un assemblage type d’une pièce prismatique fixée sur son support par deux vis ou deux boulons. Les axes des vis et celui de la force appliquée à l’assemblage sont parallèles et situés dans le même plan. Le modèle proposé est construit à partir d’éléments finis unidimensionnels représentant les pièces et d’éléments ressorts modélisant le contact élastique entre les deux pièces assemblées. La particularité du modèle est la prise en compte de l’évolution de la zone de contact en fonction du chargement extérieur. La déformation locale due au contact de la pièce assemblée avec le coin de son support est formulée. Un algorithme qui réactualise la matrice de rigidité de contact est développé. La résolution numérique est associée à un programme écrit en Langage C, donnant les contraintes dans les vis d’assemblage en statique et en dynamique. Des simulations éléments finis tridimensionnels et une étude expérimentale ont été réalisées. Le comportement et les résultats du modèle développé sont validés. La méthode de plan d’expériences est appliquée pour l’analyse des effets des paramètres de l’assemblage sur le comportement en fatigue des vis de fixation. Le modèle est ensuite étendu et appliqué à d’autres configurations d’assemblages multi boulonnés