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Analyse par éléments finis de contraintes dans les assemblages par frettage

Martin, Francis (2012). Analyse par éléments finis de contraintes dans les assemblages par frettage. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’objectif de ce mémoire est d’étudier la concentration de contrainte en fatigue pour les assemblages par frettage soumis à une flexion rotative. Cette technique d’assemblage consiste à introduire un arbre dans un rouleau dont le diamètre interne est inférieur au diamètre de l’arbre. En chauffant le rouleau et/ou en refroidissant l’arbre, il est possible d’assembler les deux pièces sans effort. Pour faciliter la conception, la méthode des éléments finis peut être utilisée pour évaluer le facteur de concentration de contrainte généré après l’assemblage. Plusieurs techniques de modélisations seront présentées, tels que la modélisation axisymétrique, la modélisation 3D avec et sans éléments de contact, et une comparaison avec la méthode analytique. La singularité présente à la limite du contact entre l’arbre et le rouleau rend la modélisation plus difficile car elle empêche la convergence des résultats. La méthode d’analyse présentée permet de remédier à ce problème afin d’obtenir des résultats convergents. Les résultats obtenus démontrent que l’utilisation d’un rayon sur le diamètre intérieur du rouleau réduit la vie en fatigue. Par contre, l’ajout d’une rainure sur la face du rouleau permet d’augmenter la vie en fatigue. Dans le but de valider les résultats obtenus par la méthode des éléments finis, deux bancs d’essais seront introduits afin d’effectuer des essais en fatigue pour comparer les résultats expérimentaux aux analyses. Le premier banc d’essai a eu de l’usure prématurée des roulements ce qui a forcé l’arrêt des essais. Le deuxième banc d’essai a montré de bons résultats, mais le manque de répétabilité lors du montage ainsi que le nombre limité d’essais n’a pas encore permis d’obtenir des résultats concluants. Finalement, quelques modifications du second banc d’essai sont proposées afin d’en améliorer les performances.

Résumé traduit

The objective of this paper is to study the fatigue stress concentration for shrink fit assembly subject to a rotating bending load. With this assembly technique a shaft is inserted inside a roller whose inner diameter is smaller than the outer diameter of the shaft. By heating the roller and / or cooling the shaft, it is possible to assemble both parts effortlessly. To help the design, the finite element method can be used to evaluate the factor of stress concentration generated during the assembly. Several modeling techniques will be presented as axisymmetric modeling, 3D modeling with and without contact elements and a comparison with the analytical method. The singularity at the edge of this contact between the shaft and the roller makes modeling more difficult because it prevents the convergence of the results. The analysis method presented overcomes this problem in order to obtain convergent results. The results show that the use of a radius at the edge of the inner diameter of the roller reduces the fatigue life of the assembly. On the other hand, the addition of a groove on the face of the roller increases it. In order to validate the results obtained by the finite element method, two test benches were built to conduct fatigue tests in order to compare experiments to the analysis. The first test bench shows premature wear of bearings which forced to end the testing campaign. The second test bench shows good results, but the lack of setup repeatability and the limited number of tests have not yielded conclusive results. Although the two test benches were unable to give the desired results, some modifications are presented in order to improve performance.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [95]-98.
Mots-clés libres: Assemblages (Technologie) Méthode des éléments finis. Contraintes (Mécanique) Matériaux Fatigue. Flexion, Frettage, Rotatif.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Champliaud, Henri
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Lê, Van Ngan
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 20 mars 2012 18:02
Dernière modification: 04 mars 2017 02:03
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/986

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