Assemblage par boulons (programmé dans version 4.4.0)

 

 

Source : http://www.utn.fr/pages_fr/specialite.html

 

Introduction

 

Freelem intègre un module de calcul des assemblages, dont le calcul des boulons.
2 types de calculs sont effectués par Freelem : les calculs des boulons ordinaires, et les calculs des boulons précontraints.

 

 

Documents utilisés

 

Les calculs des boulons se font à partir des documents suivants (issus des techniques de l'ingénieur) :
"Assemblage par éléments filetés - Calcul" par Jean GUILLOT (B 5 560) et "Constructions métalliques - Moyens d'assemblage" par Louis FRUITET (C 2 520).

 

 

 

Boulons ordinaires

 

Dans ce cas, les boulons sont placés dans des trous d'un diamètre supérieur à leur diamètre nominal, et travaillent en cisaillement.

La norme utilisée pour leur vérification est alors la classique norme NF P 22-430 "Construction métallique - Assemblage par boulons non précontraints - Dispositions constructives et calculs des boulons".

On vérifiera alors les inéquations suivantes :

 

T et C sont respectivement les efforts de traction et de cisaillement encaissés --> on parle ici d'efforts pondérés. Si les efforts ne sont pas pondérés, on peut diminuer la contrainte admissible σred (par un coefficient 1.5 par exemple, comme il se fait parfois).

As est la section réduite du boulon (section à fond de filet).

σred : contrainte caractéristique suivant la classe d'acier (240 MPa pour cl.4.6 - 280 MPa pour cl. 4.8 - 300 MPa pour cl. 5.6 - 340 MPa pour cl. 5.8 - 350 MPa pour cl. 6.6 - 410 MPa pour cl. 6.8 et 6.9 - 550 MPa pour cl. 8.8 et 670 MPa pour cl. 10-9)

 

 

Boulons précontraints

 

Dans ce cas, le cisaillement n'est pas repris par la section du boulon, mais par frottement des faces en contact des pièces assemblées. Dans la plupart des cas, les pièces assemblées étant toutes deux en acier, on prend en compte un coefficient de frottement f égal à 0.3.

La condition de justification est une condition de non-glissement : le glissement se produit si C > f x F(compression) avec F(compression) = F(précontrainte) - T

soit T + C/f > F(précontrainte).

Freelem calcule donc 1.1 x (T + C/f), le coefficient de 1.1 étant une majoration forfaitaire de 10%.

 

Puis Freelem calcule la force de précontrainte qu'on peut exercer dans le boulon sélectionné (pour un diamètre et une classe d'acier donnés). Cette force de précontrainte correspond à 80% de la limite élastique (marge de sécurité de 20%).

La limite élastique est tirée du tableau3 B5 560-4 :

cl4.6 : 235 MPa, cl4.8 : 313 Mpa, cl 5.6 : 294 MPa, cl 5.8 : 392 MPa, cl 6.6 : 352 MPa, cl 6.8 : 470 MPa, cl6.9 : 529 MPa, cl8.8 : 627 MPa, cl10.9 : 882 MPa.

On peut constater que la règle consistant à multiplier les 2 chiffres de la classe entre eux puis de multiplier par 10 pour obtenir la limite élastique fonctionne bien.

 

Le logiciel permet également de calculer le couple de serrage pour un effort de précontrainte choisi par l'utilisateur, selon la formule simplifiée :

C = Q (0.16 P + 0.583 d2 f + pm f2)

Q = force de serrage des pièces

P = pas du boulon

d2 = diamètre sur flancs du boulon

f et f2 = coefficients de frottement (f2 = frottement pièce ou rondelle / écrou) --> pour les pièces assemblées en acier, on utilise les mêmes valeurs pour f et f2

pm = valeur moyenne d'appui de l'écrou (nécessite la connaissance de D1 = diamètre intérieur écrou et de la taille de l'écrou)

Ces données sont issues du tableau2 B5 560-3. Quant aux dimensions d'écrou, elles sont récupérées dans le guide de serrage contrôlé (M6 : 10mm, M8 : 13mm, M10 : 16mm, M12 : 18mm, M14 : 21mm, M16 : 24mm, M18 : 27mm, M20 : 30mm, M22 : 34mm, M24 : 36mm, M27 : 41mm, M30 : 46mm, M33 : 50mm, M36 : 55mm, M39 : 60mm).

Il est à noter également que le serrage se faisant majoritairement par clé dynamométrique, il est nécessaire de tenir compte d'une dispersion (incertitude) de 10%.

 

Au final, cette formule donne des couples proches de ceux retrouvés dans les abaques de guide de serrage contrôlé.

 

 

Remarque : il est intéressant de noter que ce type d'assemblages est excellent : même dans le cas où un glissement se produirait, les boulons peuvent alors fonctionner comme des boulons ordinaires. On a là une double sécurité.

 

 

Remarque générale

 

On traite ici des boulons au filetage à pas gros (les plus courants). Les boulons au filetage à pas fin ont de meilleures caractéristiques.

 

 

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