Etude statistique de l’influence des différents paramètres de collage sur la réduction des contraintes

Abstract

الملخص (بالعربية) :

في صناعات الطيران والفضاء، إن صناعة هيكل معدني أو هيكل مركب غالبا ما ينطوي على أداء مزيج من عناصر مختلفة في الموقع أو المصنع عن طريق أساليب مختلفة للتجميع (لحام، التثبيت بالبراغي ، اللصق ...). إن الهياكل الملصقة هي الوسيلة الأساسية لنقل الجهود . يمكن استخدام أشكال هندسية مختلفة من الهياكل الملصقة . إن العيب الرئيسي لهذا الأسلوب هو تركيز الضغوط العالية على حواف طبقة اللاصقة بسبب النقل التدريجي للإجهاد. توجد طرق مختلفة للحد من تركيز الضغوط في مفاصل الملصقة ،ومن بين هذه الطرق هي طريقة التحسين الهندسي للمفاصل الملصقة. بالإضافة إلى تركيز الضغط، نجد أن العيوب اللصق هي السبب في المشاكل الرئيسية في الهياكل الملصقة. إن دراسة تأثير العيوب ضرورية لضمان استمرارية الهياكل الملصقة. إن الهدف من عملنا هذا هو تحسين الهياكل هندسية من المفاصل الملصقة المختلفة وتأثيرها على السلوك الميكانيكي بالنسبة لقوة الاحتمال المطبقة. يتم تنفيذ هذا التحسين من خلال التحليل العددي باستخدام البرنامج ABAQUS تليها طريقة التصميم التجريبي. واستنادا إلى نتائج، نعطي نهج تحليلي جديد فعال و معتمدة على معايير هندسية مختلفة للتنبؤ بقوة الهياكل الملصقة وشدة تحملها. هذا النهج يمكن أن يساعد المصممين على تحسين جودة ومتانة الهيكلية للمفاصل الملصقة. من ناحية أخرى، يتم تحليل تأثير وجود عيوب الربط عن طريق دراسة إحصائية والاحتمالية. وقد سلط الضوء فى هذه الدراسة على عدد ،حجم ،الشكل وموقع العيوب لتوفر تأثيرها على قوة الهياكل الملصقة وإلى حد كبير على سلوك طبقة لاصقة. وتبين من خلال النتائج إلى أن قيمة إجهاد xyτ يبقى متأثرا بقوة في المتوسط لمختلف عدد ،حجم ،شكل وموقع العيوب، ولكن توزيع إجهاد الحرج يبدو أنه من المهم أن يأخذ في الاعتبار لتحديد معيار الفشل الموضعي. خلص إلى أن توزيعات Generalized Extreme Value و Burr هي أفضل النماذج احتمال لأقصى إجهاد xyτ في طبقة لاصقة مع وجود عدد محدد من العيوب.

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Résumé (Français et/ou Anglais) :

Dans les industries aéronautique et aérospatiale, la réalisation d’une structure métallique ou composite implique bien souvent la réalisation d’un assemblage de différents éléments in-situ ou en usine par différents procédés d’assemblage (soudage, rivetage, collage…). Les assemblages collés sont des moyens primaires pour transférer les charges. Différentes configurations géométriques de collages peuvent être utilisées. Le principal handicap de cette technique est la concentration élevée de contraintes au niveau des bords libres de recouvrement en raison du transfert de charge progressive dans la couche d'adhésif. Différentes méthodes existent pour réduire la concentration de contraintes dans les joints collés, à savoir optimisation géométriques des joints collés. En plus de la concentration de contrainte, les défauts sont à l'origine des problèmes majeurs rencontrés dans les assemblages collés. L’étude de leur influence est nécessaire pour assurer la durabilité des assemblages collés. L’objectif de notre travail est d’optimiser les paramètres géométriques des différents substrats de l’assemblage et de voir leur influence sur leur comportement mécanique vis-à-vis la charge appliquée. Cette optimisation est réalisée par une analyse numérique en utilisant le code de calcul Abaqus suivis par la méthode du plan d’expérience. Sur la base des résultats trouvée, une nouvelle approche analytique est également donnée pour prédire d'une manière simple mais efficace la résistance du joint et de sa dépendance à l'égard des paramètres géométriques. Cette approche peut aider les concepteurs à améliorer la qualité et la durabilité des joints adhésifs structuraux. D’autre part, l’effet de la présence de défauts de collage est analysé par une étude statistique et probabilistique. Le nombre, la taille, la forme et la position du défaut ont été mis en évidence afin de prévoir leur effet sur la résistance de l’assemblage et essentiellement sur le comportement de la couche d’adhésif. Les principaux résultats montrent que la valeur de la contrainte de cisaillement reste fortement affectée en moyenne pour les différentes positions nombres et la taille de défaut, mais la répartition de la contrainte de cisaillement critique semble être importante de prendre en compte pour définir un critère de rupture local. Il a été conclu que les distributions Generalized Extreme Value et Burr sont les meilleurs modèles de probabilité pour la contrainte maximale de cisaillement dans la couche d'adhésif avec la présence d'un nombre bien définit de défauts.

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In the aeronautics and aerospace industries, the realization of a metallic or composite structure often involves assembling different elements in situ or in the factory by different assembly methods (welding, riveting, bonding, etc.). The bonded joints are primary means for transferring loads. Different geometric configurations of bonding can be used. The main disadvantage of this technique is the high concentration of stresses at the free edges of the overlap due to the progressive charge transfer in the adhesive layer. Different methods exist to reduce stress concentration in bonded joints, ie geometric optimization of bonded joints. In addition to the stress concentration, the defects are at the origin of the major problems encountered in bonded joints. The study of their influence is necessary to ensure the durability of the bonded joints. The objective of our work is to optimize the geometrical parameters of the different substrates of the assembly and to see their influence on their mechanical behavior with respect to the applied load. This optimization is carried out by a numerical analysis using the Abaqus calculation code followed by the method of the experimental design. On the basis of the results obtained, a new analytical approach is also given to predict in a simple but effective way the resistance of the joint and its dependence on the geometric parameters. This approach can help designers improve the quality and durability of structural adhesive joints. On the other hand, the effect of the presence of defects of bonding is analyzed by a statistical and probabilistic study. The number, size, shape and position of the defect were highlighted in order to predict their effect on the strength of the assembly and essentially on the behavior of the adhesive layer. The main results show that the value of the shear stress remains strongly affected on average for the different number positions and the defect size, but the distribution of the critical shear stress seems to be important to take into account in order to define a rupture criterion local. It was concluded that the Generalized Extreme Value and Burr distributions are the best probability models for the maximum shear stress in the adhesive layer with the presence of a well defined number of defects.