[FEM]-Precharge bouchon

[mAx6010]

Hello,
Dans le cadre d un changement de materiau pour une piece (assimilee a un bouchon) on me demande de controler son etat de contrainte
Aucun probleme, je traite ça avec les elements finis.
La piece est serree a 100N.m et doit tenir 450bar
On a eu une discussion quant aux valeurs de la precharge sur la tete du bouchon ainsi que dans le filet., lorsque la piece est chargee a 450bar
Avec les elements finis je peux traiter cela et je controle la precharge sous la tete ainsi que dans les filets.

J ai essaye de reproduire le triangle des precontraintes, mais comme je n ai pas le meme cas de figure (vis qui serre 2 pieces) et bien cela ne colle pas.
Pourtant j arrive a retrouver une relation entre les precharges sous tete et dans le filet en fonction de ma charge.
Je construits mon triangle des precontraintes de la façon suivante:
D un coté je trace ma droite (pente positive) de la precharge dans les filets. La droite coupe l axe des ordonnees a ma precharge desiree , et coupe l axe des abscisses a une deformation definie (negative). Cette deformation est celle que j utilise dans le soft pour recuperer ma precharge lors du serrage.
Puis je trace la droite (pente negative) de la precharge au niveau de la tete de du bouchon. La droite coupe evidemment l axe des ordonnees a la precharge et coupe l axe des abscisses pour la meme deformation definie plus haut .
En extrapolant la droite de la precharge dans le filet, je peux recuperer les precharges lorsque la piece est chargee.

Par exemple:
Precharge de 30kN (100N.m)
Pour une charge de 200 bar (charge axiale de 11.8kN) la precharge sous la tete tombe a 24.8kN(FEM) et celle dans le filet monte a 36.7kN (FEM) (le triangle des precontraintes me donne 23.6kN et 35.4kN)
Pour une charge de 450 bar (charge axiale de 26.7kN) la precharge sous la tete tombe a19.0kN(FEM) et celle dans le filet monte a 45.8kN (FEM) (le triangle des precontraintes me donne16.2kN et 42.7kN)

Donc suivant ce triangle des precontraintes il me faut une charge de 60kN pour que le bouchon commence a se devisser (on me dit toujours que la charge ne doit pas depasser la precharge...)
ça vous parait coherent?
Sans titre.jpg
Capture.JPG
Capture.JPG
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[le_STI]

Salut.

Il faut effectivement que la précontrainte d'une vis soit supérieure à la charge à laquelle elle sera soumise.

Dans ton cas, il faut simplement vérifier que la précontrainte soit supérieure à la résultante des forces de pression projetée sur l'axe du filetage.

[mAx6010]

Donc suivant ce triangle des precontraintes il me faut une charge de 60kN pour que le bouchon commence a se devisser (on me dit toujours que la charge ne doit pas depasser la precharge...)

je corrige ce que j ai ecrit.
J ai aussi a disposition la surface de contact. Je sors donc ce tableau:

On voit qu'a partir de 700bar (41.6kN) il commence a avoir moins d adherence au niveau du contact sous la tête.

Les calculs FEM ont ete fait sans friction, j vais les refaire lundi avec un coeff de 0.12 et comparer..
Bon we

[le_STI]

Il est étrange que la force dans le filet augmente autant.
Tu pourrais poster une image de la déformée sous 1000bars? (avec exagération de la déformation si nécessaire, pour qu'on la voit bien)

Tu as mis 60kN de précontrainte et tu as obtenu le tableau ci-dessus? Si oui, je necomprends pas que la force dans le filet soit seulement de 53kN à 650bars.

Tu travaille sous Creo?
Tu pourais poster une image de ton modèle avec les conditions aux limites (contacts, contraintes, charges,etc..) ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[mAx6010]

Non la precharge reste à 30kN
C est la base de mon calcul et c est une analyse à elle seule: contact au niveau de la tête et je force une pénétration de x micron.
Je contrôle ainsi la force de contact.
Lorsque cette dernière atteint ma precharge je fige le calcul. La force dans le filet est la même que sous la tête (et égale à la precharge)
Ensuite j ajoute ma charge et je regarde l évolution des forces au niveau du filet et sous la tête.
Donc les forces au niveau de la tête et du filet partent de 30kN. Sous la tête la charge va diminuer alors que dans le filet elle va augmenter.
Je suis effectivement sous Creo.

[le_STI]

Donc, si tu lances l'analyse avec moins de 650 bars, la force dans le filet diminue?
Pour moi, logiquement, tu dois avoir une précontrainte de 53kN puisque le contact sous la tête est encore de 100%. Ce qui veut dire que, de 0 à 650bars, tu devrais avoir 53kN dans le filet...

En principe, si on est en traction pure, la somme [force pression+force sous la tête] reste constante et égale à la précharge tant que l'effort de traction n'a pas atteint la précharge.

Ensuite seulement il y a décollement de la tête et augmentation de la force dans le filetage.

J'imagine qu'ici le bouchon doit avoir tendance à se bomber (il doit y avoir une flexion quelconque dans le plan de coupe)?
Tu pourrais me montrer la déformée et une image des contraintes/forces appliquées au modèle?

[mAx6010]

Et bien non: si je lance un calcul avec une charge inférieure à 650bar alors la force dans le filet sera effectivement inférieure à 53kN mais supérieure aux 30kN (precharge).
Je rentre demain au bureau je compléterai le tableau en augmentant la charge jusqu’aux 650 bars

[mAx6010]

J ai refait vite fait les calculs (sans friction) depuis une charge nulle jusqu a 1400bar dont voici les resultats.
La charge 0 represente le serrage initial ou on reconnait la precharge de 30kN (plus ou moins)
Ensuite j augmente la pression. Jusqu a 800bar la surface de contact se maintient puis elle diminue jusqu a devenir nulle a 1400bar.

[le_STI]

Re-salut.

Ca y est j'ai compris pourquoi les résultats ne correspondent pas à ce à quoi je m'attendais :

Ma réflexion concernant l'évolution de la force dans le filetage en fonction de la précontrainte et de la charge appliquée est valable dans le cas d'un assemblage vissé (avec au moins une pièce intermédiaire entre la pièce taraudée et la tête de vis + une déformation négligeable de la pièce intermédiaire) dans lequel la charge est appliquée à la pièce intermédiaire.
Dans ton cas, la charge est directement appliquée à la vis (notamment à l'extrémité).
L'ajout d'une charge supplémentaire à l'extrémité de la partie filetée augmente directement la force dans le filetage alors que celle située près de la tête (à l'intérieur) tend à soulager la force de contact {tête/pièce taraudée} mais sans augmenter la force dans le filetage (comme je l'avais proposé).
Si tu avais un bouchon plein, l'ensemble des forces de pression seraient reportées sur le filetage et s'ajouteraient à la précontrainte (qui ne serait alors plus utile).
D'ailleurs, si tu regardes le ratio [réduction charge sous tête/augmentation charge filetage], tu verras qu'il est très proche du ratio [surface sous tête/surface à l'extrémité] : il y a bien une partie des forces de pression qui augmente la force dans le filetage et une autre partie qui ne fait que diminuer la force de contact (en tous cas, tant que la surface de contact est proche de 100%).


Dans le cas d'un assemblage vissé, l'ajout d'une charge sur la pièce "pincée" ne fait, dans un premier temps, que réduire la force de contact {pièce pincée/pièce taraudée} sans augmenter la force sous la tête de vis. Il n'y a que lorsque la charge dépasse la précontrainte que les pièces se séparent et que la vis s'allonge, augmentant alors la force dans le filet.


Ensuite, pour ce qui est des résultats obtenus, as-tu essayé de cocher "initial interpenetration" et "calculate large deformation" dans Simulate? (je ne dis pas que cela va forcément chager les résultats, mais étant donné la configuration de l'assemblage, il me semble judicieux de le faire)

[mAx6010]

Hello,
Merci pour le retour.
Alors j ajoute la distribution des contraintes dans le bouchon pour une charge de 600bar pour bien visualiser la problematique (il s agit d un modele axisymetrique).
Capture.JPG
Par contre je ne comprends toujours pas pourquoi est-ce que la force dans le filet ne doit pas augmenter. (je comprends qu elle doit rester à la valeur de la precharge et si c est le cas alors toute la charge supplementaire issue de la pression doit se retrouver au niveau de la tete)
Dans mon cas (pour 600bar) la charge dans le filet passe de 31.95kN (precharge) a 53.49kN. J ai donc une augmentation de 21.54kN dans le filet, soit 60% de la charge (35.64kN pour 600bar)
La charge sous la tête quant a elle passe de 31.95kN (precharge) a 17.85kN. Il y a donc une diminution de 14.1kN sous la tête, soit 40% de la charge. Au finale cette charge se repartit a 40% sous la tête et 60% dans le filet.

J ai refait le meme calcul avec un bouchon plein comme tu le mentionnes. (j ai refait un calcul en ayant exactement la meme precharge que dans le cas precedent, et aussi avec 600bar de charge). Effectivement la charge dans le filet augmente en comparaison avec la variante non-pleine du bouchon. Mais je retrouve toujours la valeur de la charge est soustrayant la charge dans le filet a celle sous la tete (ici 59.02-23.37=35.64)
Dans ce cas de figure les 600bar (35.64kN) se repartissent a 25% sous la tête et a 75% dans le filet
Capture1.JPG
Je ne peux pas activer les grands deplacements car je suis en axisymetrique. En ce qui concerne l '"initial penetration" cela ne change rien aux resulats. Je ne sais pas ce que fait cette option, etant donné que j ai deja forcé cette option au niveau CAD. En effet la tete du bouchon est enfoncee de 0.016mm dans mon bloc.

[le_STI]

Salut.

Mon raisonnement se base sur ce type d'explication (voir principalement les trois pages suivantes, ce dont je parlais correspond à l'expérience de pensée avec les ressorts).

http://www.boltscience.com/pages/basics2.htm

J'avoue que le modèle simplifié dont je parlais ne s'accorde peut-être pas parfaitement au cas que tu étudies, mais c'est à ce principe que je pensais.