Comment calculer la résistance au cisaillement des boulons ?

La résistance au cisaillement d'un boulon fait référence à sa capacité à résister à un effort de cisaillement maximal sans se rompre lorsqu'il est soumis à une force externe latérale. Nous pouvons comprendre la méthode de calcul, les normes et certaines valeurs spécifiques de la résistance au cisaillement des boulons.

Tout d'abord, la formule de calcul de la résistance au cisaillement des boulons est W=P/F=P/ab, où P est la charge à la rupture (N), F est la surface de chevauchement (cm^2), a est la longueur du chevauchement (cm) et b est la largeur du chevauchement (cm). Cela signifie que la résistance au cisaillement du boulon est liée à sa taille et à sa forme. En mesurant ces paramètres et en appliquant la formule ci-dessus, la résistance au cisaillement du boulon peut être calculée.

Deuxièmement, la résistance au cisaillement d'un boulon est également liée à la qualité du matériau. Par exemple, un boulon de qualité 4.8 a une résistance au cisaillement d'environ la moitié de sa résistance à la traction, tandis qu'un boulon de qualité 12.9 a une résistance au cisaillement de 900 MPa. Cela indique que les boulons de différentes qualités ont des normes de résistance au cisaillement différentes.

En outre, la valeur de conception de la résistance au cisaillement des boulons est déterminée par des données statistiques provenant d'essais de connexion, ce qui implique que la résistance au cisaillement réelle des boulons utilisés peut varier en fonction des conditions spécifiques et des résultats des essais.

Quelles sont les méthodes de calcul de la résistance au cisaillement des boulons ?

Les méthodes de calcul de la résistance au cisaillement des boulons comprennent principalement l'analyse par éléments finis et les essais expérimentaux.

Analyse par éléments finis est une méthode qui prédit le comportement des matériaux ou des structures sous l'effet d'une force en établissant un modèle mathématique. Elle permet d'évaluer la performance en cisaillement des boulons sans destruction réelle. Cette méthode peut être utilisée pour la conception et l'optimisation de types spécifiques de boulons, tels que les boulons aveugles, en simulant le comportement de résistance des boulons sous une force de cisaillement pure afin d'étudier leur performance de charge.

Les tests expérimentaux permettent d'évaluer en chargeant réellement le boulon et en observant son mode de défaillance, ce qui peut refléter directement la résistance au cisaillement réelle du boulon.

Les scénarios d'application de ces deux méthodes ont chacun leur importance. L'analyse par éléments finis convient aux premières étapes de la conception des boulons, lorsqu'il s'agit d'évaluer l'impact de différents schémas de conception sur la performance en cisaillement des boulons, ainsi que de prédire et d'optimiser la performance des boulons au cours du processus de conception.

Les essais expérimentaux sont plus souvent appliqués à un stade avancé du développement du produit, afin de vérifier la précision et la fiabilité de la conception et de s'assurer que le produit de boulonnage peut répondre aux exigences de performance dans les applications réelles.

Assemblage boulonné sous un effort de cisaillement de travail

Comme le montre la figure 1-8, cet assemblage utilise un boulon pour résister à la charge de travail F à travers un trou perforé. En supposant que chaque boulon reçoit une charge de travail égale, l'effort de cisaillement reçu par chaque boulon est F.

Par conséquent, la condition de résistance à la compression entre la tige du boulon et la paroi du trou est :

Les conditions de résistance au cisaillement des boulons sont les suivantes :

Dans la formule :

F représente l'effort de cisaillement exercé sur le boulon, en Newtons ;

d₀ représente le diamètre de la face de cisaillement du boulon, qui peut être considéré comme le diamètre du trou du boulon, en millimètres ;

[τ] représente la résistance au cisaillement admissible du fil, en MPa, pour l'acier

Où ?

[S]_τ est le facteur de sécurité selon le tableau 1-9 ;

L_min représente la hauteur minimale de la tige de boulon comprimée par la paroi du trou, en millimètres.

Lors de la conception, L_min doit être supérieur ou égal à 1,25d ; i représente le nombre de faces de cisaillement sur la tige de boulon. Dans la figure 1-1b, i=2 et dans la figure 1-8, i=1.

La contrainte de cisaillement requise pour les boulons est généralement de 60Mpa.

Comment ajuster la résistance au cisaillement des boulons en fonction des conditions de fonctionnement

Dans les applications pratiques, l'ajustement de la résistance au cisaillement des boulons pour répondre à des exigences spécifiques en fonction des conditions d'utilisation peut être réalisé de plusieurs façons :

Choisissez le type de boulon approprié : En fonction du scénario d'utilisation, choisissez des boulons à haute résistance ou des boulons ordinaires. Les boulons à haute résistance conviennent à la connexion de structures importantes, telles que les ponts et les structures en acier, où la fiabilité et la sécurité des connexions doivent être assurées. Les boulons ordinaires sont plus largement utilisés dans les équipements mécaniques généraux et le mobilier.

Calculer la contrainte de cisaillement du boulon : Simplifiée à partir de la formule F = A × (F / A), la force de cisaillement du boulon est égale à la force à laquelle le boulon est soumis. Cette étape permet de comprendre l'effort de cisaillement maximal qu'un boulon peut supporter sous une charge spécifique, ce qui constitue une base pour la sélection ultérieure.

Considérons la déformabilité du boulon : Pour résoudre le problème de la déformabilité insuffisante des connecteurs de cisaillement des boulons, il est possible d'utiliser des connecteurs de cisaillement à haute déformabilité pour améliorer leurs performances. Cette conception peut améliorer l'adaptabilité et la fiabilité du boulon sans sacrifier la résistance.

Ajuster le facteur de sécurité : En fonction de la résistance du boulon et des conditions d'utilisation prévues, le facteur de sécurité doit être ajusté de manière appropriée. Par exemple, la contrainte de cisaillement admissible Ít peut être calculée en divisant la contrainte de cisaillement par le facteur de sécurité. L'ajustement du facteur de sécurité permet d'optimiser les performances du boulon tout en garantissant la sécurité.

Tenir compte des facteurs environnementaux : Pour les fixations à haute résistance qui sont exposées à long terme à des environnements difficiles, comme celles utilisées dans l'énergie éolienne, il convient d'accorder une attention particulière à leurs conditions de maintenance et à leur stabilité. Dans ce cas, des matériaux ou des revêtements spéciaux peuvent être nécessaires pour améliorer la résistance à la corrosion et la durabilité du boulon.

Suivre les procédures techniques : En se référant aux procédures techniques pour les assemblages boulonnés à haute résistance dans les structures en acier, des mesures telles que l'augmentation de la surface de frottement du revêtement et de son coefficient de résistance au glissement, l'augmentation des assemblages par traction et des joints d'assemblage des plaques d'extrémité peuvent améliorer efficacement les performances et la fiabilité des assemblages boulonnés.