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application

Optimisation du serrage des assemblages boulonns

Equipements

Linear Motion Division

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Contexte

Serrage des boulons bien souvent peru comme une opration banale et secondaire dans la conception des quipements mcaniques.

Serrage, insuffisant, excessif ou htrogne 30 % des dfaillances statiques

Mauvaises conditions de serrage 45 % des dfaillances en fatigue

Pourtant

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Problmatique gnraleNcessit de matriser lopration de serrage elle-mme, grce un

outillage prcis et fiable

Dfinition des Procdures de Serrage : Facile mettre en uvreGarantie dun serrage homogne sur tous les boulons Minimum doprations

Multiplicateur de couple Tendeur hydrauliqueTendeur mcanique

? ? ?

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Problme tudi

Brides Ptrochimique

8 boulons (vis + crou)Prsence porte--faux (joint mtallique)

Caractristiques

Mme effort de serrage (F0) sur tous les boulons !

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Objectifs1- Assemblage concevoir

Connatre leffort extrieur Fe

Choisir caractristiques des boulons

Dfinir Force Serrage (F0)

2- Assemblage conu serrer

Calculer Effort maximal sur les boulons

Surveiller contrainte dans les boulons

Cahier des charges

- F0 proche de 80% Re?- L/D plus grand possible ?- Poids minimum ?- Coefficient scurit appropri?- Moyen de serrage ?- Tenue la fatigue ?

OUI

NON

serrer avec F0

F0 connuMoyen de serrage connu

Nombre de moyens de serrage ?

Minimum Oprations de serrage ?

Prise en compte : limitation technologique des outilslimitation mcanique des boulons

Plan de serrage fournir loprateur ou au robot

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Primtre de ltudeAssemblage suppos conu

Moyen de Serrage retenu : Traction Hydraulique

Nombre de tendeurs impos par le client = Deux (pour des considrations de cots)

Plan de serrage sera donn en termes defforts hydrauliques (Fh) appliquer

Tendeur HYDROCAM

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Principe traction hydraulique

Fh F0

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Deux sous-problmes1- Au niveau dun boulon

F0FhProblme direct

Problme inverse?

2- Au niveau de lassemblage

Quelle stratgie pour dfinir le plan de serrage optimal ?

i.e. Prise en compte des interactions entre les boulons

C.O.I.

Modle simplifi analytique + C.O.I.

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Description du problme Mono-Boulon

Fh : Effort Hydraulique

F0 : Effort rsiduel de serrage

Trouver le rapport Fh/F0 le plus prcis possible

Fh+

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Description PrimitiveProblme Mono-Boulon

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Construction Base de DonnesProblme Mono-Boulon

Simulations numriques

Modle AxisymtriqueElastoplasticit

crouissage cinmatique linaireContacts/frottementPrise en compte du filetageSimulation du processus complet de serrage

Phases de traction/accostage/relchement de la pressionSimulation du double accostage

F0Fh ?Problme direct

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Construction de la BDProblme Mono-Boulon

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Fin de la 1re mise en pression

Fin du 1er accostage

Serrage aprs 1er accostage

Serrage aprs 2me accostage

Fin du 2me accostage

Fin de la 2me mise en pression

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Dfinition des bornes des paramtres de

lassemblage

Gnration des paramtres du paquet dassemblages

Cration du modle Elments Finis

Simulations Numriques

Vrification et stockage des rsultats ( Fh/F01 et Fh/F02 )

480 cas dont: 59 cas technologiques12 cas frontires409 cas alatoires contrls

AutoBoulon

Chane de calcul

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Fh/F01

1er accostage

Fh/F02

2eme accostage

Fh/F01

1er accostage

Fh/F02

2eme accostage

Avec Fh/Fy2 Avec Fh/Fy2

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Description IntelligenteProblme Mono-Boulon

La description primitive est dans notre problme insuffisante pour prdire de manire fiable la rponse Fh/F0

Il faut donc introduire de lintelligence !Descripteurs RDM de 1re Catgorie

Descripteurs RDM de 2me Catgorie

Descripteurs pseudo-intelligents

Toute quantit qui a un sens physique, qui dcoule directement des connaissances des experts et qui ne reprsente pas une estimation directe de la rponse du problme.

Fournissent une estimation directe de la rponse du problme. Ils peuvent tre obtenus soit partir desolutions analytiques simplifies ou soit partir dun apprentissage automatique de la rponse dunsous problme.

Quantits intermdiaires qui nont pas ncessairement de signification physique mais qui aident les gnrateurs de systme expert dans la recherche des rgles

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Description IntelligenteProblme Mono-Boulon Confidentiel

- In/Prim : Descripteur dentre primitif- In/Intel1 : Descripteur intelligent de 1ire catgorie- In/Intel2 : Descripteur intelligent de 2ime catgorie

- In/Intel3 : Descripteur de 3ime catgorie- Out : Descripteur de sortie

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Apprentissage AutomatiqueProblme Mono-Boulon

Confidentiel

Rgles visibles sous forme de fonction informatique

1er accostage

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Apprentissage AutomatiqueProblme Mono-Boulon

Confidentiel

Rgles visibles sous forme de fonction informatique

2me accostage

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Analyse de sensibilitProblme Mono-Boulon

Fh/F01Fh_Fy=0.4

Fh_Fy=0.5

Fh_Fy=0.6

Fh_Fy=0.7

Fh_Fy=0.8

Fh_Fy=0.9

Fh_Fy=1.

Fh/F02Fh_Fy=0.4

Fh_Fy=0.5

Fh_Fy=0.6

Fh_Fy=0.7

Fh_Fy=0.8

Fh_Fy=0.9

Fh_Fy=1.

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Analyse de sensibilitProblme Mono-Boulon

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Problme DirectProblme Mono-Boulon

F0

Fh+Simulations numriques

Rglesby C.O.I.

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Problme inverseProblme Mono-Boulon

FhF0+

Utilisation dalgorithmes gntiques

Itrations sur des problmes directs (applications des rgles)

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Intgration dans Hydrocam-AUIProblme Mono-Boulon

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Intgration dans Hydrocam-AUIProblme Mono-Boulon

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Description du problme Multi-BoulonsTrouver le plan de serrage, en termes de Fh, conduisant un serrage

homogne F0 sur tous les boulons en un minimum doprations.

Restriction du primtre dtude

Le tendeur est choisi compatible avec les donnes gomtriques de lassemblage

Le nombre de tendeurs est impos

Le scnario de serrage est impos

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Description du problme Multi-BoulonsTendeurs

Scnario Scnario traditionnel - Bride ENIM 2 tendeurs

2 tendeurs Hydrocam

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Modle simplifi analytique sous-jacent

Confidentiel

OTPOTPOptimal Tightening Process

Raideur des boulons

Raideurs de la bride au cours du scnario

Scnario de serrage

Conditions de Conditions de ProcessProcess

F0 atteindre

Fmax ne pas dpasser

by C.O.I.

Problme Multi-Boulons

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Solution en 1 passeProblme Multi-Boulons

F0 = 100 kN atteindre

Aucune limitation sur leffort max

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Solution en plusieurs passesProblme Multi-Boulons


Fmax = 160 kN ne pas dpasser

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Solution en plusieurs passes

Lot1Lot2Lot3Lot4

Evolution du serrage

Temps1211109876543210

Effo

rt (k

N)

120.0

110.0

100.0

90.0

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

30.0

20.0

10.0

0.0

Problme Multi-Boulons


Fmax = 120 kN ne pas dpasser

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Intgration dans Hydrocam-AUIProblme Multi-Boulons

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PerspectivesExtension du primtre doptimisation

Dans le cas dun assemblage conu- Choix optimal du tendeur- Choix optimal du nombre de tendeurs- Choix optimal du scnario de serrage

Optimisation ds la phase de conception !

Dans le cas dun assemblage concevoir- Nombre optimal de boulons- F0 Optimal

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C.O.I.Bien dautres Applications

En mcaniqueConstruction de solutions exactes en lastoplasticitOptimisation de forme des longerons au crashOptimisation des composites tisssOptimisation de forme des ressorts automobiles

Dans le mdicalDans le bancaire

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