Résistance en traction d'un taraudage

[JohnnyPiston]

Bonjour,

Je cherche à déterminer quel effort maximal en traction peut supporter un taraudage. On peut tourner le problème différemment : je cherche à dimensionner le taraudage qui vas me permettre de fixer un couvercle sur un fût.

Je recherche une formule qui, en fonction de caractéristique du matériau, du diamètre, du pas et de la longueur effective du taraudage, saurait me donner la charge axiale maximum que peut supporter le taraudage.

L'effort sur le taraudage (enfin sur le couvercle que le taraudage doit maintenir) varie entre 83 kN et 5 kN (effort total maximum 1 000 kN équitablement répartie sur 12 serrages) de façon cyclique (cycle de 6 sec)

Le taraudage sera réalisé dans de l'acier 316L (module de young 180 Gpa)

J'étais partie sur du 12 taraudages M12 pas 1,75. On peut imaginer une profondeur de taraudage de 50 mm mais de ce que je sais la profondeur n'est pas importante au-delà d'une certaine longueur, donc augmenter la profondeur du taraudage ne devrais pas augmentera sa résistance.

Je cherche ici avant tout a savoir quelle effort maximum le filet créer pour supporter, je ne prends pas en compte la résistance de la vis qui viendra s'y loger.

Je cherche également a à dimensionner l’épaisseur minimum du fût pour ce taraudage, c'est a dire quelle quantité de matière au minimum doit se trouver autour du taraudage afin de résister aux contraintes précédemment énoncé.


Je vous remercie par avance pour toute aide que vous pourriez m'apporter, j'ai fait d'importante recherche et je n'ai rien trouver de concret ou du moins que j'ai su exploiter.

Cordialement
Xavier
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[harmoniciste]

Bonjour,
Il me semble qu'une longueur filetée au pas métrique supérieure à 1.5 diamètre ne diminue plus la résistance à la traction du noyau de la vis.
Je ne suis pas sûr qu'il existe des "règles de l'art" pour le calcul de résistance d'un nombre de filet plus réduit (Elle dépend sans doute trop de la qualité de l'usinage)

[XK150]

Salut ,

Il y a plusieurs approches , il y a de nombreuses discussions ( Futura , forum usinages ) , sur le moteur de recherches : " calcul resistances taraudage " .

[Sotark]

Bonjour,

Au vu des efforts en jeu et au vu de votre question, je ne peux que vous recommander de vous adresser à un spécialiste du domaine. Par ailleurs, plutôt que d'utiliser une technique de taraudage qui présente les inconvénients d'une potentielle incertitude sur la résistance, pourquoi ne pas partir sur une solution de boulonnage, les boulons étant eux parfaitement calibrés. Dans ce cas votre assemblage se ferait via un système de brides.
Par ailleurs vous semblez prendre l'hypothèse que les efforts sont équitablement répartis -> quelle hypothèse avez-vous fait (même de façon implicite ou sans le savoir) pour arriver à une telle conclusion ? Vous avez certainement supposé qu'il n'y aurait pas d'effet de levier, donc que le matériau que vous utilisez est indéformable. Est il justifié dans votre cas de faire une telle hypothèse ? L'avez vous vérifié par le calcul ?

Autre point : quel niveau de sécurité souhaitez-vous, avec quel mode de ruine associé ? -> Une ruine ductile, permettant d'avoir des signes avant coureurs (par exemple rupture par allongement de la vis) ou une ruine fragile, donc sans signe avant coureurs (par exemple ruine par arrachement des filets) ? Ou encore une ruine par plastification des éléments attachés ? (-> Dans ce cas votre assemblage est conçu pour être plus résistant que les éléments qu'il attache).
Ces éléments sont votre choix de conception, il vous appartient de décider puis de dimensionner en conséquence la façon dont va se comporter cotre assemblage, ainsi donc que la sécurité associée souhaité.

Point suivant : Les efforts que vous souhaitez attaché sont ils statiques ? Donc pas d'effet dynamiques de chargement ? Une telle hypothèse est elle justifiée dans votre cas ? Si oui ou non pourquoi ? Dans le cas d'effets dynamiques répétitif, quelles hypothèses et quelles justifications avez vous faite pour vous prémunir d'une rupture en fatigue et calculer dans quelles conditions cette rupture est susceptible d'intervenir ?

Je sais bien que je vous apporte plus de questions que de réponses, mais ce sont des questions (non exhaustives) qu'il est important de se poser pour avancer dans votre cas Si vous n'en voyez pas l'importance de ces question et ce que cela implique je ne peux qu’insister sur l'importance de s'adresser à un professionnel qualifié pour mener ces vérifications et concevoir un tel assemblage.

Bon courage et bonne journée !

[A voir en vidéo sur Futura]

[JohnnyPiston]

J'ai consulté, et je suis encor en train. Ce n'est pas facile de trouver ces informations.

[JohnnyPiston]

Merci pour votre réponse détaillée.
L'objectif est d'essayer de répondre à toute ces questions par moi-même. J'ai le temps nécessaire pour aller chercher ces informations, et le fait de maitriser ces problématiques fait partie de mes objectifs.

Ne pas utiliser de bride + boulon dans mon cas présente de nombreux avantage, d’où l'exploration du choix du taraudage.
Je pense que les efforts sont équitablement répartis car l'effort qui s'exerce sur le filetage vient de la poussée de la pression sur le bouchon. J'aurais donc tendance à penser que l'effort est équitablement réparti sur les différentes fixations du bouchon, mais dans tous les cas l'application d'un gros coefficient de sécurité s'impose. Néanmoins je suis intéressé par la façon dont il faut prendre en compte l'effet de levier dans ma situation.

Le niveau de sécurité recherché est très haut car il s'agit d'un récipient accueillant à haute pression un gaz extrêmement inflammable. Je n'ai pas plus d'information sur le niveau de ruine à rechercher. je vais creuser ce sujet.

Les efforts que je souhaite attacher résultent d'une variation de la pression au sein du récipient. La pression monte puis redescend toute les 6 secondes. Je dois donc faire les démarches pour me prémunir d'une rupture en fatigue.

Pour m'aider à répondre à toutes ces questions, je compte sur la simulation (Solidworks simulation, que je n'ai pas encor sous la main) et la norme DESP. Je cherchais dans un premier temps à calculer "manuellement" les limites de la solution taraudage plutôt que bride + vis écrou car je suis en phase de conception préliminaire et je cherche à trancher sur des solutions globales d'agencement de mes différents composants.

Merci encore pour votre réponse et bonne journée également !

[JohnnyPiston]

Par rapport à la résistance à la fatigue, si l'on applique un couple de serrage dont résulte une force de serrage supérieur à la force générée par la poussée de la pression sur mon bouchon, peut être alors peut on considérer que les efforts sont statiques ?
Car les vis et taraudages serons toujours soumises aux mêmes contraintes

[le_STI]

Salut!

Un site bien utile : https://www.technocalcul.com/FR/

[Naalphi]

Bonjour

On peut approcher la valeur de la surface cisaillée d'un taraudage (ou écrou) : S = 7/8 *pi *d *L mm² (surface du cylindre d'implantation L, *7/8 pour filetage ISO).
En admettant avoir une vis M12 qui résiste à 82kN (on peut espérer 18 kN pour une vis M12 classe 8.8 -avec coeff d'adhérence et maîtrise du couple standard- ; atteindre 80kN demanderait au moins du M24)


Résistance au cisaillement :
J'estime le Reg du 316L (Re=170) à : Req = (Re² + 3 *Reg²)^(1/2) (cf Von Mises) : Avec Re=0 , Reg = Req/3^(1/2) =~ 100 N/mm²
On a donc Fmax = Reg *S = 100 * 7/8 *3.14 *12 *L
... On obtient par exemple Fmax=~ 40 kN pour L=12 et ~60 kN pour L=18
La capacité max de la vis M12 8.8 est atteinte dès L =~ 10 mm .
... on atteint près de 100 kN pour 120mm d'implantation avec un coeff de sûreté de 4


Les tensions resteraient les mêmes avec des matériaux parfaitement rigides, ce qui n'est pas le cas.
Si on calcule des vis à la fatigue, je ne connais pas d'exemple pour un taraudage

[le_STI]

Salut !

on peut espérer 18 kN pour une vis M12 classe 8.8

d'après les tableaux de serrage au couple, on serait plutôt vers 40kN pour une M12 en 8.8

[mécano41]

Bonjour,

Ce qui suit est un peu hors sujet mais je tiens quand-même à le préciser.

Dans les cas de variation de l’effort par :

- variation de pression
- dilatation thermique (peut-être sans objet ici)

il est souvent préconisé :

- d’une part, d’utiliser plutôt un goujon et un écrou afin de pouvoir étirer les goujons à l’aide d’un appareillage hydraulique prévu à cet effet. L'appareil est vissé sur ce goujon (l’écrou étant évidemment en place en-dessous, sans serrage) et prend réaction sur la bride. On tire avec le même effort que celui souhaité pour le serrage. Il ne reste plus qu’à approcher l’écrou à la main puis à relâcher la pression hydraulique. Cela se fait de préférence en étoile. Avec cette disposition, le goujon ne subit aucune torsion

- d’autre part, d’augmenter l’élasticité en allongeant la vis et en ajoutant une entretoise tubulaire mince (entretoise épaisse usinée au milieu de sa longueur de façon à garder des faces d’appui correctes, de hauteur égale à celle de l’augmentation de longueur de la vis.

Cela évite des effets qui tendent à permettre un desserrage de l’ensemble. Je n’ai pas le niveau pour t’expliquer exactement pourquoi cela se produit mais les sollicitations et relâchements successifs font que l’ensemble ne revient pas tout à fait à sa place ; on a une courbe genre hystérésis. En thermique, on a en plus un phénomène de dilatation différente à un instant T entre le goujon et la bride. Cette dernière montant en température plus vite que le goujon, l'augmentation d'épaisseur de la bride produit un allongement supplémentaire du goujon. On parlait d'effet Salingré, mais je n'ai rien retrouvé sur le net...

Renseigne-toi, éventuellement, sur ces diverses dispositions. Evidemment, cela à un coût supérieur à une simple vis mais...

Cordialement

[mécano41]

...les appareils hydrauliques peuvent se trouver, entre autres, chez SKF...

[JohnnyPiston]

Merci beaucoup pour toute vos réponses. Après vérification, il semble en effet que la solution de taraudage + Vis ne soit pas adaptée à ma problématique. Une solution de boulonnage sera préférée.

[JohnnyPiston]

Bonjour,

Ce qui suit est un peu hors sujet mais je tiens quand-même à le préciser.

Dans les cas de variation de l’effort par :

- variation de pression
- dilatation thermique (peut-être sans objet ici)

il est souvent préconisé :

- d’une part, d’utiliser plutôt un goujon et un écrou afin de pouvoir étirer les goujons à l’aide d’un appareillage hydraulique prévu à cet effet. L'appareil est vissé sur ce goujon (l’écrou étant évidemment en place en-dessous, sans serrage) et prend réaction sur la bride. On tire avec le même effort que celui souhaité pour le serrage. Il ne reste plus qu’à approcher l’écrou à la main puis à relâcher la pression hydraulique. Cela se fait de préférence en étoile. Avec cette disposition, le goujon ne subit aucune torsion

- d’autre part, d’augmenter l’élasticité en allongeant la vis et en ajoutant une entretoise tubulaire mince (entretoise épaisse usinée au milieu de sa longueur de façon à garder des faces d’appui correctes, de hauteur égale à celle de l’augmentation de longueur de la vis.

Cela évite des effets qui tendent à permettre un desserrage de l’ensemble. Je n’ai pas le niveau pour t’expliquer exactement pourquoi cela se produit mais les sollicitations et relâchements successifs font que l’ensemble ne revient pas tout à fait à sa place ; on a une courbe genre hystérésis. En thermique, on a en plus un phénomène de dilatation différente à un instant T entre le goujon et la bride. Cette dernière montant en température plus vite que le goujon, l'augmentation d'épaisseur de la bride produit un allongement supplémentaire du goujon. On parlait d'effet Salingré, mais je n'ai rien retrouvé sur le net...

Renseigne-toi, éventuellement, sur ces diverses dispositions. Evidemment, cela à un coût supérieur à une simple vis mais...

Cordialement

Je connais en effet ce système. Je pense pouvoir m'en passer en serrant "plus fort" que l'effort maximal de la poussée qui chercher a séparer les deux pièces que l'on chercher a maintenir. Ainsi, l'effort sur la vis sera toujours le même. Mais je vais creuser encor car je ne suis pas sur de tout ces points.

[Naalphi]

Salut !


d'après les tableaux de serrage au couple, on serait plutôt vers 40kN pour une M12 en 8.8

Salut !

En condition "moyenne" de maîtrise des facteurs d'adhérences et du couple de serrage , et selon NF E 25-030-1 pour garantir un non-décollement, :


où, en effet, les 40kN peuvent être envisagés ; les messages suivants indiquant comment les limites max peuvent être atteintes.



JohnnyPiston,
"Je pense pouvoir m'en passer en serrant "plus fort" que l'effort maximal de la poussée qui chercher a séparer les deux pièces que l'on chercher a maintenir. Ainsi, l'effort sur la vis sera toujours le même."
Cela ne peut être vrai que si les éléments sont de matériau infiniment rigides

[le_STI]

Très intéressant, merci.

J'ignorais l'existence de cette norme.
La valeur que j'ai donné ne vient que des tableaux standard qu'on trouve un peu partout.

D'un autre côté, la valeur donnée par le tableau de la norme n'est donc qu'un minimum permettant de garantir le non décollement, et son usage comme argument dans ton message #9 ne semble pas vraiment adapté

[JohnnyPiston]

JohnnyPiston,
"Je pense pouvoir m'en passer en serrant "plus fort" que l'effort maximal de la poussée qui chercher a séparer les deux pièces que l'on chercher a maintenir. Ainsi, l'effort sur la vis sera toujours le même."
Cela ne peut être vrai que si les éléments sont de matériau infiniment rigides

Ce qui n'est évidement pas le cas..

[Naalphi]

D'un autre côté, la valeur donnée par le tableau de la norme n'est donc qu'un minimum permettant de garantir le non décollement, et son usage comme argument dans ton message #9 ne semble pas vraiment adapté

Oui j'ai fait l'amalgame

Il est clair :
. résistance d'un taraudage M12 :
Fmax = Reg (=~100 pour 316L) *Seq (=7/8 *pi *d *L) => L > 26mm
. (peut-être hors sujet) résistance élastique en traction statique vis M12 :
Fmax (N) = Re *pi/4 *Ønoyau² => Re > 1090 N/mm² (c'est pas gagné ! inox ?)


Je suis plutôt ignorant en calculs de fatigue : Kf s'applique-t-il directement pour déterminier le Rm matériau , ou faudrait-il en plus l'associer à un RmD (limite d'endurance) ~= Rm/2 ? :
, disons :

. Kf écrou = 5 : L= 26*5 , alors L = 130 mm mini (qui a déjà vu de pareilles longueurs ?)
. (peut-être hors sujet) Kf vis = 3.35 : Fmax (N) = Rm *pi/4 *Ønoyau² , alors Rm = 1090 *3 = 3270 N/mm²

Bref, c'est pas gagné !

[Naalphi]

A la relecture, je me dis qu'il aurait fallu relativiser Kf avec le facteur Re/Reg pour le calcul de la longueur... , soit peut-être 130 *0.732 = 75 mm ??

..pas sûr de grand chose sinon que "c'est pas gagné" !

[Perx39]

Bonjour,
Effectivement il y a peu d'informations sur le calcul à l'arrachement pour les taraudages, je vous recommande d'aller sur l'article de blog suivant https://www.boltistruct.fr/post/tenu...ent-des-filets cela devrait vous aider, vous y trouverez des règles métier, une formule simplifiée et un lien vers une application pour smartphone qui fera les calculs pour vous en tenant compte des paramètres influents (pas, diamètre, tolérances des filets, matériaux...)
En espérant que cela puisse vous aider !