Introduction
Les différentes pièces du châssis en aluminium sont généralement assemblées par boulonnage et par soudage à l’aide de pièces de transfert. Les éléments constitutifs de cet assemblage sont communément appelés joint, et ne sont ni plus ni moins que des boulons, soudures, et rivet dans le cas d’assemblage de plaques minces, et si nécessaire comme pièce de transfert des raidisseurs qui ont la forme de plaques de plaques ou de courts profilés qui permettent de transférer un ou plusieurs efforts d’une des pièces assemblées à une autre. Cela permet atténuer les concentrations de contraintes qui peuvent existé dans les joints.
Comme pièces d’aluminium sont des pièces préfabriquées, les pièces à assembler et les pièces de transfert doivent d’abord être préparer en atelier : coupage aux dimensions requises, forage ou poinçonnement des trous, soudage des raidisseurs, etc. De plus, une partie de l’assemblage peut être réalisée dans certaines usines de fabrication d’aluminium. Par la suite les pièces de transfert seront soudées en atelier pour assembler le châssis. On complètera l’assemblage des pièces finalement par boulonnage.
On notera que certains types d’assemblages de châssis sont entièrement soudés, comme il est possible de concevoir un assemblage entièrement boulonné. Toutefois, la facilité de fabrication et de montage doit être considérée dans la conception des assemblages, un juste équilibre devra être choisis en privilégiant quelques critères comme le coût de fabrication, facilité de réparation, et poids en vu d’un amortissement à court terme.
Difficultés inhérentes au calcul des assemblages
De par leur nature, les assemblages sont un fouillis de concentrations de contraintes, à cause des discontinuités géométriques, à cause des contraintes dues au serrage des boulons et à celles engendrées par le chauffage lors du soudage, à cause des tolérances d’ajustage, et parce que les efforts à transférer doivent passer par les connecteurs qui occupe un espacement assez restreint. Le comportement des assemblages est donc complexe et les études, tant expérimentales que théoriques, posent de nombreuses difficultés.
Dans les recherches expérimentales sur les assemblages, on s’est surtout intéresser au comportement global de l’assemblage plutôt que le comportement de chacun des éléments constituant l’assemblage, à savoir pièce de transfert et connecteurs. Cependant, il est difficile de mesurer les contraintes maximales qui se développent dans les pièces de transfert ou les connecteurs. Les endroits où se produisent ces contraintes, par exemple autour des boulons, ces endroits sont pratiquement inaccessibles pour les appareils de mesure traditionnelle, ce qui rend le calcul théorique difficile, puisque il n’est pas rare que les conditions réelles de distribution des contraintes dans les assemblages sortent du domaine d’application de la résistance des matériaux classique. À cause des concentrations de contraintes, il y a très peu d’assemblages où les contraintes dans certaines zones n’atteignent pas la plastification, même sous les charges d’utilisation.
En général, le calcul des assemblages est basé sur des hypothèses simplificatrices, justifiées par des études expérimentales. Ces hypothèses conduisent à des méthodes de calcul faciles à appliquer et qui donnent les efforts dans les connecteurs et les pièces de transfert avec une précision suffisante. Cependant, pour certains types d’assemblages, il est difficile d’arriver à des équations simples à cause de la multiplicité des paramètres et de la complicité de leur interaction.
Effort à considérer dans le calcul des assemblages
Avant de commencer les calculs d’un assemblage, on doit connaître les efforts à transférer, choisir le type d’assemblage et connaître les propriétés mécaniques des connecteurs et pièces de transfert, ceci servira à déterminer l’arrangement géométrique des boulons et des soudures, le nombres de boulons, la longueur et la grosseur des cordons de soudure, et de faire le calcul des pièces de transfert et, si nécessaire, des raidisseurs. On ce qui concerne les boulons le diamètre est choisi arbitrairement et proportionnellement au dimensions des pièces de notre assemblage constituant notre châssis, pour des fins pratiques il est intéressent d’utiliser le plus souvent possible des boulons de même diamètre, donc finalement notre inconnue n’est pas le diamètre du boulons mais le nombre de boulons requis pour transférer l’effort.
Quelques définitions et remarques concernant les assemblages boulonnés
Classification des assemblages boulonnés
Les assemblages boulonnés peuvent être classifiés selon le type d’efforts transmis aux boulons. Une pièce peut transmettre à un assemblage un effort normal, un effort tranchant, un moment fléchissant ou un couple de torsion. Ces efforts produisent dans les boulons de la traction, du cisaillement ou une combinaison des deux, selon la position des boulons dans l’assemblage par rapport aux charges transmises.
Premier cas de sollicitation
Si l’effort qui sollicite un groupe de boulons agit dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal des boulons, ces boulons sont soumis à un effort tranchant et ils travaillent en cisaillement. Si cet effort tranchant passe par le centre de gravité du groupe de boulons, on aura alors un assemblage concentrique en cisaillement et les boulons sont soumis à un effort tranchant pur (P) figure. Dans ce genre d’assemblage, les pièces sont assemblées et les pièces sont soumises à un effort de traction mais les boulons sont soumis à un effort tranchant concentrique.
Deuxième cas de sollicitation
Si l’effort tranchant est excentré par rapport au centre de gravité du groupe de boulons, on a alors un assemblage excentrique en cisaillement figure. Dans ce cas, le cisaillement dans les boulons est produit par un effort tranchant (P) et un couple de torsion (PL).
Troisième cas de sollicitation
Si l’effort qui sollicite un groupe de boulons agit dans un plan parallèle à l’axe longitudinal des boulons et si, de plus, cet effort est parallèle à l’axe des boulons et passe par le centre de gravité du groupe, les boulons sont soumis à un effort normal concentrique et on a alors un assemblage boulonné concentrique en traction. Les boulons de l’assemblage de la figure sont soumis à un effort normal concentrique ou effort de traction pur.
Dans notre situation le système d’assemblage de notre châssis en aluminium s’apparente le plus au premier cas de sollicitation, c'est-à-dire que l’effort qui sollicite un groupe de boulons agit dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal des boulons, et ces boulons sont soumis à un effort tranchant et ils travaillent en grande parti en cisaillement.
Calcul d’assemblages boulonnés concentriques en cisaillement
Pour les assemblage concentriques, on admet généralement que l’effort à transmettre est uniformément répartie entre tous les boulons, c'est-à-dire que l’effort sollicitant chaque boulon est égal à l’effort total divisé par le nombre de boulons.
Résistance d’un boulon au cisaillement
La résistance d’un boulon au cisaillement dépend du nombre de plans de cisaillement (m) et de la position des filets par rapport au plan de cisaillement. Le boulon représenté à la figure est soumis à du cisaillement simple car il y a qu’un seul plan de cisaillement (m=1). Pour l’assemblage de la figure, il y a deux plans de cisaillement (m=2) et chaque plan résiste À la moitié de la charge totale. Dans ce cas, le boulon travaille en cisaillement double et sa résistance est le double de celle du boulon de la figure pour un même diamètre et une même qualité de boulon.
