Connecteur élément fini non-linéaire avec frottement et plasticité pour la simulation des assemblages boulonnés
Résumé
Le dimensionnement et l’optimisation des assemblages boulonnés à l’aide d’un modèle éléments finis volumiques boulon par boulon sont généralement coûteux en termes de mise au point et de temps de calcul. Un modèle simplifié de liaison boulonnée basé sur des paramètres de conception (précharge, coefficient de frottement, matériau...) est ici proposé et dont l’identification, l’utilisation et l’exploitation se font de manière aisée dans les codes de calcul couramment utilisés en bureaux d’études. Ce modèle ne cherche pas à représenter de façon fine la solution au voisinage du boulon mais à prédire de façon satisfaisante des quantités d’intérêt globales comme la rigidité, le décollement/glissement des pièces assemblées, la plastification du boulon... Le modèle simplifié, de type connecteur, se substitue au boulon et encapsule les phénomènes de frottement localisés au voisinage du boulon, permettant ainsi d’utiliser des interfaces de contact sans frottement ailleurs. Sa cinématique est celle d’une poutre de Timoshenko à comportement élasto-plastique, représentant le boulon, en parallèle d’un mécanisme de frottement affectant uniquement le comportement tangentiel du connecteur. Le comportement normal, dans l’axe du connecteur, prend en compte la raideur de la vis et permet d’installer automatiquement la précharge. L’identification du comportement se fait à partir d’un modèle volumique de liaison générique à un boulon représentatif de la liaison étudiée. Implanté dans AbaqusTM sous forme d’un élément utilisateur, le modèle proposé permet de représenter de façon satisfaisante les glissements au niveau de chaque boulon par rapport au modèle de référence tout volumique. Le modèle simplifié conduit à une réduction importante du temps de calcul. Par sa simplicité de mise en œuvre, il permet également un gain de temps significatif dans la mise en données du problème. [1] R. Verwaerde, P.-A. Guidault, P.-A. Boucard (2020) « A nonlinear finite element connector for the simulation of bolted assemblies », Computational Mechanics, 65, pp. 1531-1548. [2] R. Verwaerde, P.-A. Guidault, P.-A. Boucard (2021) « A non-linear finite element connector model with friction and plasticity for the simulation of bolted assemblies », Finite Elements in Analysis and Design, (soumis).