Axe ASM

Axe Assemblages

La création axe transversal « Assemblages » remonte à 2013 du fait d’une forte demande industrielle et d’un long historique dans le domaine : 37 thèses soutenues.

Contexte

Les assemblages représentent le point critique de toutes les industries de construction :

• aéronautique, spatiales, automobiles, ferroviaires, naval, BTP, etc…

Intérêts des technologies d’assemblage :

• permettent la réalisation de systèmes mécaniques (montage/démontage)
• assembler des sous-ensembles constitutifs (difficulté de fabriquer en une seule fois)
• assurer le transfert des efforts (garants de l’intégrité et de la durabilité du système)

Domaine de complexité de ces composants :

• procédés d’installations complexes
• multi-matériaux
• perte de serrage
• niveaux d’essais non représentatifs
• contact
• modèles fortement non-linéaires
• plasticité
• endommagement

Conséquences et stratégies de dimensionnement :

• modèles de calcul empiriques simplifiés ou fortement contraints numériquement
• introduire des facteurs de sécurité élevés pour limiter des problèmes qui peuvent apparaître tout au long de la vie des assemblages.

Enjeux

Aujourd’hui, pour les industriels, il n’est plus suffisant de répondre à un cahier des charges fonctionnel en respectant les coûts et les délais, mais il est nécessaire que le produit fini embarque performance et valeur. Chercher à maximiser les performances structurales tout en réduisant la masse embarquée n’a de sens que si l’intégrité de la structure est garantie et économiquement viable. L’axe transverse Assemblage (ASM) est une activité en émergence qui répond à une forte demande industrielle et académique dont l’objectif principal est d’optimiser en masse et en coût les assemblages (boulonnés, rivetés, collés, soudés…), en apportant des justificatifs de tenue dans l’environnement.

Objectifs scientifiques

Il s‘agit de répondre à la fois aux questions posées au niveau :

• du bureau d’études sur les méthodologies de conception et les principes de modélisations prédictives
• de la fabrication sur la qualité et le contrôle pour assurer l’objectif de tenue en service
• des opérations sur le suivi prédictifs et solutions de maintenance

Démarche scientifique

Stratégie d’étude s’appuyant sur une approche transversale intégrée gouvernée par le triptyque :

• analyses théoriques
• essais virtuels
• essais numériques

Structuration de l’axe

Assemblages Multicouches Fonctionnalisées (AMF)

Les assemblages multicouches (ou multimatériaux) fonctionnalisées offrent la possibilité de fabriquer des structures avec les matériaux aux bonnes caractéristiques mécaniques au bon endroit. La compréhension des interactions, comme les transferts des efforts (frottement, usure, lubrification déformation…), est primordiale entre les différentes couches au travers de ces interfaces. Cette thématique est abordée en collaboration avec l’axe transverse ADHERENCE du CIRIMAT (https://www.cirimat.cnrs.fr/spip.php?article607) : création du groupe baptisé TACCOS (Toulouse Adhésion Cohésion Collage Structural).

Méthode de modélisation et de simulations

Développement de modèles analytiques/numériques simplifiés en statique et en fatigue de l’assemblage multimatériaux :

• Prise en compte d’un comportement non-linéaire du matériau relatif :
• à la gestion du contact
• du frottement
• du type de sollicitation simple ou combinée
• la gestion d’une précharge initiale.
• Intégration des paramètres physiques de la liaison (les rigidités axiale
  et de flexion des pièces, les matériaux, un coefficient de frottement…).
• Constitution d’une base d’essais de référence fortement instrumentés utilisant, par exemple, des techniques de corrélation d’images numériques.

Objectif : développer et implanter dans un code industriel un modèle de connecteur linéaire et non-linéaire à fort contenu physique pour les phases amont de la conception

Développement d’une démarche de « Virtual Testing » (expérimentation virtuelle), pour améliorer la prédictibilité de la simulation numérique du comportement des assemblages.
Les enjeux sont :

• simuler de manière fiable la vie du composant
• procédés de mise en place (perçage, expansion, galetage, installation, montage…)
• tenue sous charges ultimes

tout en représentant numériquement les conditions réelles de l’essai, selon les procédures de certification du produit.
Les objectifs sont d’optimiser la conception d’un assemblage, tout en assurant :

• robustesse face aux événements accidentels
• comprendre les mécanismes initiateurs de la ruine des assemblages
• améliorer les processus de maintenance
• la sécurité

Simulation des procédés concernés

• installation de fixations aveugle
• perçage axial et orbital + galetage
• expansion à froid avec et sans bague possiblement collée
• serrage
• installation de l’interférence
• accostage : prédiction des épaisseurs et relaxation de l’assemblage dans le temps

Interactions fabrication / procédés / tenue initiale

Cette thématique s’appuie sur la thématique « Méthode de modélisation et de simulations ».
Elle se focalise sur la mise-en-service de la structure multi-matériaux après fabrication et assemblage.
Comprendre les interactions entre défaut de fabrication et la tenue initiale de la structure fabriquée
Prédire l’influence du procédé de fabrication et des non conformités inhérentes sur l’écart entre la tenue visée et la tenue réelle obtenue.
Exemples d’études :

• influence des défauts de trou sur la tenue en statique (matage) et en fatigue
• influence de l’épaisseur de colle déposée sur la tenue structurelle en statique

Durabilité et maintenance
Cette thématique s’appuie sur la thématique « Méthode de modélisation et de simulations ». Elle se focalise sur la mise-en-service de la structure multi-matériaux après fabrication et assemblage.
Comprendre les mécanismes d’endommagement dû au temps et à l’environnement de service sur la tenue en statique et fatigue de la structure assemblée.
Prédire la tenue résiduelle instantanée.
Thématique basée sur le concept de tolérance aux dommages. Investiguer les solutions possibles pour étendre la durée de vie de la structure (réparations).
Exemples d’études :

• tolérance aux dommages (défauts de fabrication, de forme, de positionnement, impact…)
• prédiction du dévissage
• perte de prétension

Collaborations

Collaborations industrielles

• ARKEMA / BOSTIK
• AIRBUS
• SAFRAN
• DASSAULT AVIATION
• ArianeGroup
• SOGETI High Tech
• TAS

Collaborations avec des centres de recherche techniques

• IRT SE
• CETIM
• CEATech
• DGA/TA
• CNES

Collaborations académiques et centres de recherche scientifiques

• CIRIMAT
• I2M
• ONERA
• LaMCoS
• LMT Paris Saclay
• Université de Porto (FEUP)

Animateur: Alain Daidié,Frédéric Lachaud, Eric Paroissien