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Étude expérimentale et analyse par éléments finis du couple de dévissage des capsules serties sur un contour fileté

Lajmi, Abdelmajid (2010). Étude expérimentale et analyse par éléments finis du couple de dévissage des capsules serties sur un contour fileté. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans les contenants dits «remplis fermés», le couple de dévissage de la capsule sertie et l’étanchéité du contenant se manifestent comme étant deux grandeurs cruciales dans la réussite de la fermeture, et le consommateur perçoit ces deux critères comme étant la garantie de son intégrité.

Le présent travail traite de l’étude expérimentale et par éléments finis du couple de dévissage d’une capsule sertie sur un contour fileté d’une bouteille de bière en verre. Afin de réaliser une étude détaillée des paramètres influençant le couple de dévissage, plusieurs simulations et expérimentations ont été menées au cours de ce projet.

Un montage expérimental a été conçu et développé pour permettre de mesurer, le coefficient de frottement statique (CFS) à l’interface garniture-verre, le couple de glissement de la capsule montée libre sur le goulot et le couple de dévissage de la capsule sertie.

Des essais de compression conventionnelle sur des échantillons élastomères lubrifiés et à sec ainsi que des tests de déformations au fluage pour une durée de 24 heures, réalisés à différentes températures, ont permis de caractériser le matériau de la garniture.

La modélisation du sertissage a été réalisée en utilisant la méthode des éléments finis (MÉF) par le biais des logiciels «Ansys®». En se servant des propriétés mécaniques déterminées expérimentalement, tous les essais réalisés ont été reproduits en utilisant la MÉF afin de s’assurer de la validité et de la fiabilité des modèles. Le couple de glissement de la capsule montée libre sur le goulot a été mesuré en laboratoire et également reproduit avec la MÉF.

Par la suite, la modélisation tridimensionnelle du sertissage d’une capsule a rendu possible la détermination de son couple de dévissage.

Les résultats numériques de l’opération de sertissage de la capsule sont en très bonne concordance avec les essais expérimentaux. La contribution dans le couple de dévissage, aussi bien de la garniture élastomère que du filetage, a ainsi pu être évaluée. Le couple dû au filetage représente 27% et 33% du couple total de dévissage à des températures de 22°C et 37°C respectivement.

Le modèle numérique développé est maintenant fiable, et il permet de prédire le couple de dévissage d’une capsule sertie en fonction des multiples paramètres du procédé comme la pression du plongeur, la géométrie de la capsule et du sertisseur, les propriétés des matériaux, etc.

Finalement le modèle des éléments finis a permis de mettre en évidence que l’augmentation de la pression dans l’assemblage atténue le couple de dévissage de la capsule sertie.

Titre traduit

Experimental study and finite element analysis of cap removal torque crimped on a threaded contour

Résumé traduit

In the containers also known as «filled closed», the cap removal torque and the sealing of the contents appear to be two crucial criteria in the closing quality, and the consumer perceives these two parameters as being the guarantee of the packaging integrity.

This work deals with the experimental study and the finite element analysis of the crown cap removal torque of a beer glass bottle. In order to carry out an in-depth study of the parameters influencing the cap removal torque (twist-off torque), several experiments and simulations were run during this project.

A testbench was designed and developed to make it possible to measure the coefficient of static friction (SFC) at the interface liner-glass, the sliding torque of a loose cap pressed on the bottleneck and the removal torque of a crimped cap.

In order to characterize the liner, compression tests on elastomer samples in lubricated and dry conditions were run. 24-hour creep tests on some samples were also conducted at various temperatures in a climatic test chamber.

The numerical investigation based on the finite element analysis (FEA) was made possible using the commercial softwares «Ansys®». All the tests carried out were numerically reproduced using the FEA in order to recheck the validity of the material properties and the reliability of the models. The sliding torque of a loose cap assembled on the bottleneck was measured in laboratory and also reproduced with the FEA. Thereafter, the three-dimensional modeling of the cap crimping process made possible the determination of the cap removal torque.

The modeling of the crimping process is in excellent agreement with the experiment. Then the contribution of the elastomer liner and the threading in the overall removal torque was computed. For example the torque due to the thread accounts for 27% and 33% of the total removal torque, at temperatures of 22°C and 37°C respectively.

The correlation of the experimental results with the experiment shows that the numerical model is now reliable, and it is possible to predict the crown cap removal torque according to the multiple parameters of the process, like the pressure applied by the plunger on the cap, the geometry of the cap and the capping tool, the material properties, etc.

Finally, the finite element model highlights that the increase of the internal pressure in the assembly reduces the crown cap removal torque.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr. : f. [286]-290.
Mots-clés libres: Capsules. Bouteilles de bière. Étanchéité. Méthode des éléments finis. contour, couple, dévissage, fileté
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Champliaud, Henri
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Lê, Van Ngan
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 24 août 2010 14:54
Dernière modification: 07 févr. 2017 21:31
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/273

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