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Assemblage vissé

La simulation numérique n'a longtemps considéré des structures que les sections courantes, ou encore les formes générales, en se gardant bien de représenter finement les zones d'assemblage où conditions aux limites en déplacement et transmission des efforts sont assez mal déterminées. L'approche était globale et phénoménologique, les liaisons étant traitées à l'aide de modèles équivalents ne prenant pas en compte la géométrie locale. Les moyens de calcul augmentant, il est maintenant possible d'étudier de façon plus fine le détail des liaisons. Le collage est en question, il est souvent intéressant économiquement, mais pas toujours complètement maîtrisé, surtout pour ce qui concerne les problèmes de vieillissement. On trouvera ICI, un exemple de calcul de rivet pour l'aéronautique, réalisé dans un département de l'ONERA. De telles études s'avèrent d'autant plus importantes que de nouvelles exigences apparaissent dans le processus de dimensionnement et de validation des composants, comme la tenue au crash, et que les essais correspondants se révèlent très sensibles à la tenue des liaisons. Le thème du présent exemple est le vissage. Ce procédé d'assemblage, très ancien, puisque hérité du principe de la vis sans fin d'Archimède, conduit à des états de contraintes relativement complexes, mais dont une première approche peut être effectuée analytiquement pour le cas d'un matériau parfaitement plastique. Un petit programme de calcul est également fourni pour avoir accès à des comportements de matériaux réels. L'étude de cas concerne plus particulièrement une vis de culasse.
Les culasses de moteurs automobiles sont des pièces particulièrement complexes. Réalisées la plupart du temps en alliage d'aluminium pour des questions d'échanges thermiques, elles travaillent souvent à la limite de leurs capacités. C'est pourquoi elles sont maintenant calculées de façon systématique. Le recours au calcul permet d'accélérer considérablement le temps de mise au point, en réduisant notamment le nombre d'essais moteur.
La vue ci-dessus montre la "face-feu", côté cylindres (ici un moteur 16 soupapes) celle qui est en contact avec les gaz chauds, tandis que la vue ci-contre montre le côté de la chambre d'eau avec en bas les tubulures d'échappement.
Les images ci-contre montrent (image du haut) une coupe perpendiculaire à la face feu, avec les trous des vis qui serrent la culasse sur le bloc moteur. Ces vis sont représentées sur la photo du bas.
Parmi les premiers calculs de culasse prenant en compte le comportement viscoplastique, voici celui réalisé lors de son stage de fin de troisième année de l'EMP par P. Peruzzetto (en 1987), en coopération avec Renault et Principia. (On peut actuellement lui rendre visite ICI)
Les calculs portent maintenant sur des maillages plus importants, comportant quelques centaines de milliers de noeuds dans les modélisation de type éléments finis (à gauche). Par ailleurs, les ingénieurs introduisent de plus en plus couramment une description des assemblages (à droite).
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