Dans presque tous les syst`emes m´ecaniques, la perte de la pr´echarge d’un assemblage boulonn´e s’initialise souvent sans une quelconque rotation de l’´ecrou, donc sans desser-rage : c’est le desserdesser-rage. Elle peut ˆetre soit temporaire, par la diff´erence du coefficient de dilatation des structures de l’assemblage, ou soit permanente, par fluage, etc. Les ´etudes
sur le desserrage sont quasi-inexistantes et les ´el´ements d’explication du ph´enom`ene sont souvent fond´es sur des hypoth`eses dont les principales sont :
— le desserrage par d´eformation plastique du boulon et des structures assembl´ees La plastification des asp´erit´es de surface entraˆınant une variation du comportement m´ecanique (perte d’´elasticit´e) du boulon et en cons´equence la perte de la pr´echarge.
C’est le cas par exemple de l’utilisation des rondelles standards, g´en´eralement en acier. Lorsque l’assemblage est charg´e il se produit de d´eformation plastique de ces rondelles entrainant la perte de la pr´echarge ;
— le fluage des joints d’´etanch´eit´e
Dans certains domaines, les boulons sont mont´es avec des joints et ces derniers ont pour rˆole d’assurer l’´etanch´eit´e entre deux brides pour confiner un fluide ou un gaz. La plupart des types de joints utilis´es sont sujets `a une certaine pression minimale d’appui, g´en´eralement fournie par la pr´echarge des assemblages, pour r´ealiser l’´etanch´eit´e. Dans ces assemblages, la perte d’´etanch´eit´e se produit au fil du temps en raison du fluage du joint ;
— le fluage de revˆetement et/ou de peinture r´ealis´es sur les structures entraˆınant l’usure [SAT 97] ;
— la relaxation des contraintes dans le cas des assemblages fonctionnant dans des environnements `a haute temp´erature [SAC 73] ;
— Jiang et Zhang [JIA 03], apr`es un tour d’horizon sur la question, ont fait des ´etudes num´eriques et arrivent `a la conclusion selon laquelle il apparaˆıt des d´eformations plastiques en fond de filets des assemblages suite aux sollicitations de petits d´ebattements entre filets et que ces d´eformations sont la cause du desserrage ;
— Eccles et al. [ECC 10] ont, pour leur part, r´ealis´e des essais couple-tension `a plu-sieurs cycles de serrage /desserrage avec un mˆeme couple appliqu´e. Ils constatent que la pr´echarge mesur´ee au cours des essais diminue en fonction du nombre de cycles. En r´ealisant des expertises tribologiques apr`es le dernier cycle (10`eme cycle), ils ont conclu que la d´egradation du revˆetement r´ealis´e sur les fixations se-rait `a l’origine du desserrage.
De tous ces travaux sur le comportement en service des assemblages boulonn´es, plu-sieurs constats se d´egagent :
— aucune th´eorie n’a pu expliquer le m´ecanisme de la perte de la pr´echarge des assemblages boulonn´es, pas mˆeme celle de Junker. Dans la majorit´e des cas, le ph´enom`ene est plutˆot constat´e, mais pas compris. En effet, les essais Junker ne sont pas vraiment repr´esentatifs des sollicitations r´eelles et permettent plutˆot, d’identifier les diff´erents types d’´ecrous susceptibles de r´esister beaucoup plus au d´evissage. Le ph´enom`ene demeure donc inexpliqu´e ;
— l’hypoth`ese selon laquelle les d´eformations plastiques en fond de filets seraient `a l’origine du desserrage est tr`es peu fond´ee. En effet, dans un assemblage r´eel les fonds de filets ne sont pas des contacts frottants, mais plutˆot des entrefers ;
— les essais de serrage/desserrage et la d´egradation de revˆetement n’ont rien `a voir avec le m´ecanisme r´eel de desserrage. Attribuer la d´egradation de revˆetement au desserrage des assemblages est quelque peu vague ;
— toutes les ´etudes ont ´et´e entreprises sans r´eelle connaissance des conditions de contact des surfaces d’assemblages. En effet, la pr´echarge ne peut pas seulement diminuer, mais elle peut aussi augmenter selon les conditions de contact.
Bref les r´ealit´es tribologiques (instabilit´es de contact, frottement, d´eformation plas-tique, 3ecorps, etc.) s’op´erant dans les diff´erentes interfaces des assemblages boulonn´es sont assez m´econnues. Ce qui entraine souvent une “fausse” compr´ehension ou plutˆot une incompr´ehension des ph´enom`enes initialisateurs des d´efaillances. Dans cette partie, les conditions locales de contact en service (sollicitations quasi-statique ou dynamique) ont ´et´e identifi´ees en utilisant les cas-tests “carters”, “vanne” et “roue” comme r´epertori´es en vert dans le TAB.3.1 en ´etudiant toutes les interfaces. Le but est de comprendre le fonctionnement des assemblages en service afin de rechercher les causes racines des d´efaillances.
TABLE3.1:Etude de toutes les interfaces d’assemblage en phase de service
2 Comportement tribologogique des interfaces d’assem-blages sous sollicitations quasi-statiques
L’interface Intexp2 est ´etudi´ee dans cette partie par le biais du cas-test “carters”. Ce dernier porte sur des carters moteurs de 108 boulons r´epartis sur une couronne d’environ 1.1 m de diam`etre. Les essais d´edi´es sont de type charge-d´echarge-traction et portent sur un secteur `a 5 boulons. Ceci pr´esente deux avantages principaux :
— s’affranchir du coˆut on´ereux des essais `a l’´echelle 1 ;
— les essais sur secteur multi-boulons sont plus riches physiquement que les essais sur secteur mono-boulon qui ne peuvent pas prendre en compte la raideur des carters.
En clair l’assemblage `a tester est un assemblage de deux portions de carters repr´esentatif de l’assemblage r´eel et compos´e de :
— une bride inf´erieure, en inconel 718, pr´elev´ee directement sur un carter d’´echappement ;
— une bride sup´erieure, en waspaloy, pr´elev´ee sur un carter de turbine basse pression ;
— 5 boulons.
L’assemblage obtenu est repr´esent´e `a la FIG.3.4. Le but de ces essais est d’´etudier l’´evolution des champs de d´eformation de l’assemblage et de caract´eriser son com-portement tribologique vis-`a-vis des sollicitations impos´ees. Les essais ont ´et´e r´ealis´es
`a temp´erature ambiante avec des techniques de mesure de champ de d´eformation par corr´elation d’images num´eriques. Ces mesures de champ sont confront´ees aux exper-tises tribologiques pour l’identification des conditions locales de contact `a l’interface car-ter/carter.
FIGURE3.4:Secteur de brides d´edi´e aux sollicitations quasi-statiques