Je travaille actuellement sur le dimensionnement d'un appareil à pression par éléments finis (suivant le CODAP)..
Pour faire simple, l'appareil se compose de deux demis caissons (cubes) assemblés par liaison boulonnée avec un joint en caoutchouc.
Ma question est la suivante: comment doit-on modéliser les efforts dû à la compression du joint (pression d'assise, serrages des boulons...)
La modélisation et le calcul sont réalisés sous solidworks simulation module statique. Pour le moment, j'ai appliqué le poids propre et la pression interne mais je ne voit pas comment m'y prendre pour appliquer les efforts de compression du joint ni même comment l'on définit ces efforts...
Si vous avez des pistes de réflexion, je suis preneur.
Si la norme ne précise rien sur ce point, c'est que ça ne doit pas être dimensionnant.
A priori, je dirais que tu peux te contenter de mettre des liaisons rigides au niveau de chaque boulon. Il faudra ensuite vérifier que le serrage à appliquer sur les boulons permet d'assurer un effort au moins équivalent à la réaction sur chaque barre rigide (pour valider le non décollement).
Par la suite, la pression appliquée par le joint n'est que la contre partie de l'effort de serrage des boulons.
Il faudra peut-être vérifier également la déformation de la bride entre les points de serrage pour qu'il n'y ait pas de fuites. Mais ça va dépendre également de la technologie de joint utilisée (joint plat ou torique, avec ou sans gorge, ...)
Le code de construction (CODAP) précise la méthode de calcul mais uniquement pour des brides circulaire...
Je pensais modéliser des connecteurs de type boulons (ou alors des contacts de type solidaire) entre les trous de boulons de mes deux brides. Ensuite je pensais appliquer l'effort de compression du joint (c'est un joint caoutchouc rectangulaire plat découpé identiquement aux brides) au niveau de la surface de portée de joint. Cependant, je ne vois pas comment calculer la valeur de ce effort... Il me faut la valeur de m et y (coefficient de serrage et pression d'assise)?
Tu calcules l'effort de serrage nécessaire : pression d'assise + effort de pression sur ta section équivalente -> cela te donne un effort total mini que tu divises par le nombre de boulon et cela te donne donc ton effort de précharge par boulon.
Par contre cela veut dire que tu vas faire un calcul avec gestion des contacts (et qu'il faut que tu arrives à avoir suffisamment d'infos sur la matière du joint pour le modéliser). Au pire tu peux toujours modéliser ton joint en PTFE pur.
La gestion des contacts peut vite rendre ton calcul trés long (mais cela peut passer).
Le gros plus c'est que cela te permettra d'avoir la pression de contact sur tout le pourtour de ton joint (tu dervais avoir de belles surpises dans les coins).
Prévois des brides assez épaisses car la pression appliquée sur les parois peut déformer celles ci et entrainer ta bride carrée de façon non homogène -> perte de pression d'assise -> fuites dans la vraie vie.
Tu t'apercevras vite que ce n'est pas pour rien que les brides sont rondes, dès que tu sort de cette géométrie cela peut vite être galère.
La solution de facilité : un joint torique dans une gorge usinée. Tes brides sont en contact métal/métal, tu n'as plus de pression d'assise et les 2 brides se déforment ensemble si tu as assez de boulons donc ton joint est toujours écrasé quelle que soit la pression dans tes cubes.
1) Si j'ai une pression d'assise de joint de 1,4MPa (pour l'exemple), j'applique une pression de 1,4MPa sur mes faces de brides (en plus de ma pression de service dans le caisson...) ?
2) Pourquoi modéliser le joint et ne pas appliquer seulement cette pression d'assise sur mes faces de brides?
3) Actuellement, mes deux demis caissons sont "assemblés" par contact de type solidaire entre les trous de boulons et contact de type "pas de pénétration" entre les deux faces de brides. Cette modélisation est elle cohérente?
- j'ai calculé les efforts de compression du joint suivant une bride "circulaire" (suivant le CODAP C6.5) d'un diamètre équivalent à mes brides rectangulaires
- j'ai appliqué ces efforts sur mes brides rectangulaires
- j'ai calculé mon caisson avec ces efforts ainsi que les autres chargements (pression interne, pression hydrostatique...)
- j'ai vérifié que les efforts dans les boulons étaient inférieurs aux efforts admissibles
Point 1 : la pression d'assise est une pression à appliquer sur ton joint pour le rendre étanche. Il faut que tu calcule avec la section de ton joint ton effort d'assise (la pression d'assise x la section du joint). Puis tu calcules l'effort équivalent à la pression de ton récipient (section intérieure de ton joint x ta pression de calul). Avec ces 2 efforts tu trouves l'effort à appliquer sur ta bride (le maxi de ta pression d'assise et de l'effort de pression + m x pression x section du joint). Tu divises cela par le nombre de boulons et cela te donne l'effort de précontrainte mini à appliquer sur chaque boulon.
Point 2 : si tu ne modélises pas le joint, tu ne verras pas ce qu'il se passe à cette endroit là (et c'est l'endroit critique pour l'étanchéité). tout dépend de ce que tu recherches. si c'est juste la tenue du récipient à la pression cela peut être suffisant, si tu veux être sûr que ton joint ne fuiera pas c'est sûrement insuffisant..
Point 3 : si tu est arrivé à modéliser comme cela, tu n'as donc pas considéré l'épaisseur du joint. Le comportement des pièces mécaniques devrait quand même être assez proche de la réalité mais tu restes quand même plus rigide que dans la vraie vie. Quand j'ai eu des soucis d'étanchéité sur des brides oblongues/ovales, on s'est aperçu que les déformation des caisson dûes à la pression déchargeaient certains boulons (les brides se rapprochaient à ces endroits là). Ta modélisation ne te permettra pas de voir ce genre de phénomène puisque tes brides sont soudées à chaque trou. Le mieux est de garder l'option contact sans pénétration entre les 2 brides mais de simuler des connecteurs boulons au nveau de chaque trou. Cela te permettra d'avoir l'effort dans chaque boulon.
Par contre le fait d'être métal / métal entre tes brides (sans joint) fait que celles ci ne vont pas sûrement pas se décoller (tu n'as pas la flexion dans les brides lièe aux efforts de boulonnage). Mettre dans ton calcul un joint (même dans une matière qui n'est pas la bonne : d'où la suggestion du PTFE, mais la base matière de SW contient aussi des caoutchoucs...) te permet de voir la flexion dans les brides liée aux efforts de boulonnage. Les résultats du calcul seront quand même assez différent de celui que tu as obtenu).
NB : si ton joint fait toute la section de contact de tes brides (c'est à dire qu'il contient les trous de boulonnage), tu va avoir un gros effort d'assise mais le résultat de ton calcul sera trés proche de la réalité (ou du calcul avec le joint) car tu n'auras pas/peu de flexion dans les brides lié aux efforts de boulonnage. Le contact sur toute la largeur des brides va aussi limiter la flexion de l'une par rapport à l'autre. (dans mon calcul j'avais un joint intérieur assez peu large par rapport à la largeur de la bride, donc celà faisait un point d'articulation)
En réalité, j'ai un joint avec une dureté shore de 70, donc je n'ai pas de pression d'assise (y =0 si dureté shore <75).
Le joint est bien un joint de part de d'autre du cercle de perçage. Le CODAP permet de calculer (voir image ci-jointe) :
- HG : La force de compression du joint sous pression
- HT : La force résultante de l'action de la pression sur la surface annulaire comprise entre les diamètres intérieur de bride et le diamètre de réaction du joint
- HR : La réaction d'équilibrage des forces s'exerçant sur les éléments assemblé
- L'effort HD étant déjà appliqué à mon modèle par l'intermédiaire de la pression dans le caisson.
Ce sont ces trois force (HG, HT et HR) que j'ai appliqué à mes brides (calculées avec un diamètre équivalent). L'objectif étant de valider la tenue mécanique du caisson.
J'essaierai de calculer l'appareil avec le joint modélisé afin de pouvoir comparer les résultats.