Dimensionnement en fatigue des assemblages boulonnés à l'aide de critères de fatigue multiaxiale
Institution:
Toulouse, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this thesis is the use of multi-axial fatigue criterion in bolted assemblies design. From a comparative analysis of several criterion, we chose those of SINES and DANG VAN that we generalised to limited fatigue life. These criterion require the knowledge of the stress level in the screw at the bottom of its first thread in contact with the nut, where fatigue failure occurs. For this, we used a finite elements model of the bolt. On the other hand, several fatigue tests were undertaken; with the number of cycles to failure related to the stress level at the bottom of threads obtained by simulation, we characterised the multiaxial fatigue behaviour of the tested bolts. Then, the use of these criteria to industrial bolted joints was experimentally validated on a flanged type assembly. To overpass the finite elements model of the bolted joint, we used NEUBER's generalised rule and ESED method to determine the stress level at the bottom of the first thread under a cyclic loading. The fatigue tests were carried on two types of bolts: cold rolled then heated-tempered bolts, and heated-tempered then cold rolled bolts. The improved performance on this last type of bolts has put in evidence the influence of chronology of the different manufacturing operations. This improvement is explained by the residual stresses induced by rolling that we tried to simulate
Abstract FR:
Le principal objectif de ce travail de thèse est d'utiliser les critères de fatigue multiaxiale pour dimensionner les assemblages boulonnés. A partir d'une étude comparative des différents critères, nous en avons sélectionné deux : celui de SINES et celui de DANG VAN dont nous avons généralisé la formulation pour prendre en compte le domaine de l'endurance limitée. L'utilisation de ces critères nécessite la détermination de l'état de contrainte au fond du premier filet en prise, lieu privilégié de l'amorçage de la rupture des boulons. Nous avons donc réalisé des modèles éléments finis d'un boulon. Parallèlement, plusieurs campagnes d'essais fatigue ont été réalisées : les nombres de cycles à rupture obtenus couplés aux états de contrainte en fond de filet obtenus par simulation ont permis de caractériser le comportement en fatigue multiaxiale des boulons. Une fois cette caractérisation réalisée, l'usage de ces critères à été validé par un essai sur un assemblage de type bride. Puis, afin de s'affranchir de la phase modélisation EF, nous avons utilisé la règle de NEUBER et la méthode ESED pour déterminer l'état de contrainte en fond du premier filet en prise lors d'un chargement cyclique. Les essais de fatigue ont été faits sur deux types de boulons : des boulons roulés à froid puis trempés-revenus et des boulons trempés-revenus puis roulés à froid. Les performances améliorées de ces derniers a permis de bien mettre en évidence l'influence de la chronologie des opérations. Cette amélioration est à mettre sur le compte des contraintes résiduelles que nous avons essayé d'évaluer par modélisation du roulage