G. Guillonneau, G. Kermouche, Z. Chaïb, M. Dursapt

ÉÉtude des assemblages boulonntude des assemblages boulonn éés sur panneaux compositess sur panneaux composites

Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, ENISE UMR 5513 Centre Technique des Industries Mécaniques, CETIM

Descriptif et contexteDescriptif et contexte

Assemblage boulonné: Assemblage boulonné: comportement élastiquecomportement élastique

Les assemblages boulonnés ont fait, depuis de nombr euses années, l’objet de nombreuses études. Un assem blage par boulon, en comportement élastique, peut être assimilé à un ens emble de ressorts de rigidité K. Le souci est de co nnaître cette rigidité pour les matériaux

composites. Nous avons donc émis l’hypothèse que po ur les matériaux composites stratifiés à fibre long ue, ceux-ci peuvent-être modélisés par un ensemble de plaques isotropes transverses. U ne étude expérimentale et numérique a été réalisée pour valider cette hypothèse.

Pli 1

Pli 2

Pli 3

S

3h

1h2h

∑=

=n

ii

iT

p hE

S1

)(K

PB

BEB KK

KFFF

++= 0

PB

PEP KK

KFFF

+−= 0

OBBKF ∆=0 OPPKF ∆=0

Assemblage boulonné assimilé à un ensemble de ressorts de rigidité K

Rigidité joue un rôle important dans le comportement de l’assemblage

Hypothèse sur le comportement des matériaux composi tesHypothèse sur le comportement des matériaux composi tes

Loi de comportement élastique isotrope transverse du pli : (petites déformations)

Modélisation analytique du composite

Le matériau composite peut être modélisé par un ens emble de plis isotropes transverses

Modules d’élasticité déterminés par les lois d’homogénéisation

Modélisation numérique de l’assemblage boulonné

� Composite carbone époxy (pour cette simulation)

� Comportement élastique isotrope transverse pour chaque pli

� Présence du cône de compression

�Pour un même composite, la valeur de rigidité transverse numérique varie peu en fonction de l’orientation du pli

�Rigidités numériques proches des rigidités analytiques (3 à 8% avec la VDI 2230 2003)

Contrainte transverse

Conclusion numérique

� Vis non modélisée

� Déplacement transverse imposé sur surface d’appui supérieure de vis

� Déplacement nul sur surface d’appui inférieure

Dispositif expérimental Evolution de la tension de serrage en fonction de l'angle

-1,00E+04

0,00E+00

1,00E+04

2,00E+04

3,00E+04

4,00E+04

30 50 70 90 110 130 150 170

Angle (°)

Ten

sion

(N

)

Composite1 1 couche� Composite serré par goujon M10

� Couple et angle de serrage relevés par portique

� Tension relevée par capteur de tension

Echantillon composite verre-époxy

Portique

Echantillon serré

Clé dynamométrique

� Comportement du composite élastique lors du serrage

� Rigidités expérimentales proches des résultats numériques (10%) et analytiques (12%)

ConclusionEn émettant l’hypothèse qu’un matériau composite es t constitué de plis isotropes transverses, nous avo ns démontré que les modèles analytiques pouvaient représenter la réalité. Ces m odèles peuvent donc être utilisés pour le dimension nement d’assemblages boulonnés sur pièces composites (à fibre longue).