Les assemblages collés jouent un rôle de plus en plus important dans les constructions modernes, de l'aérospatiale et de l'automobile aux éoliennes et à l'ingénierie mécanique générale. Contrairement aux assemblages par éléments de contrainte tels que les vis ou les rivets, les assemblages collés transmettent les charges sur une surface plane, réduisent les effets d'entaille et permettent de relier une grande variété de matériaux. Il est donc d'autant plus important d'avoir une évaluation théorique fiable, notamment avec la méthode des éléments finis (FEM).

Modélisation par éléments finis des assemblages collés

Tout comme pour les assemblages vissés, les assemblages collés peuvent être pris en compte avec précision dans les modèles par éléments finis. Nous utilisons une technique de modélisation qui non seulement représente correctement le transfert de charge global, mais permet également une évaluation suffisamment détaillée des contraintes au sein de la couche de colle elle-même. Cela permet d'identifier et d'évaluer de manière fiable les zones critiques telles que les bords de la couche de colle, les zones de recouvrement et les pics de contrainte d'arrachement.

Pourquoi la modélisation correcte des couches d'adhésif par EF est-elle cruciale ?

La couche adhésive est, malgré son épaisseur souvent faible, l'élément mécaniquement déterminant de la liaison. Une modélisation simplifiée ou négligée conduit souvent à :

• Sous-estimation des contraintes de cisaillement aux bords du recouvrement – l'un des mécanismes de défaillance les plus courants pour les joints collés
• Cartographie de rigidité défectueuse de l'ensemble du système, en particulier dans le cas de constructions mixtes en métal et en matériaux composites à base de fibres
• Évaluation insuffisante des contraintes de fatigue, qui, sous sollicitation cyclique, peuvent entraîner une défaillance rampante de l'interface
• Omission des contraintes internes du processus de durcissement, qui influence considérablement la capacité portante effective

Notre stratégie de modélisation en détail

Selon les exigences et la capacité de calcul disponible, nous utilisons différentes approches de modélisation coordonnées :

• Éléments de volume pour la couche adhésive – permettent une évaluation directe et tridimensionnelle des contraintes à l'intérieur de l'adhésif, en particulier pour les composantes de contrainte normale et de cisaillement
• Modèles de Zone Cohesive (CZM) – décrivent le comportement progressif de défaillance de l'interface et sont adaptés aux analyses de mécanique de la rupture et de délaminage
• Contraintes de liaison et contacts surface-à-surface – pour une modélisation efficace dans les simulations de systèmes avec de nombreux partenaires d'assemblage
• Modèles de matériaux pour adhésifs – de linéaire-élastique à viscoélastique puis à élastoplastique, en fonction du type de colle (époxy, polyuréthane, acrylate, etc.)

Critères d'évaluation et preuves d'échec

Sur la base des résultats de la FEM, nous procédons à une évaluation mécano-structurelle selon des codes reconnus et des méthodes internes :

• Mesures basées sur la tension des contraintes de cisaillement, de pelage et normales dans la couche adhésive
• Comparaison avec les valeurs caractéristiques des adhésifs issues des fiches techniques ou de tests personnels (par ex. essai de cisaillement par traction selon DIN EN 1465)
• Preuves de sécurité contre la défaillance cohésive et adhésive
• Considération des influences de la température sur les propriétés des adhésifs (température de transition vitreuse, dilatation thermique)

Domaines d'application typiques

Notre analyse des assemblages collés basée sur la méthode des éléments finis est utilisée dans de nombreuses industries et pour de nombreux composants :

• Collages structurels dans la construction légère – assemblages mixtes aluminium-CFK, structures sandwich
• Turbines éoliennes – Joints de pale de rotor et connexions à bride
• Construction de véhicules – Renforts de carrosserie, collage de vitres, boîtiers de batterie
• Construction de machines et d'appareils – Collages de roulements et d'étanchéité sous contrainte mécanique et thermique
• Électronique et technologie médicale – assemblages adhésifs miniaturisés avec des exigences de haute fiabilité

Faire simuler maintenant la connexion par collage

Vous souhaitez sécuriser le calcul de la capacité portante d'un joint collé ou enrichir un modèle FEM existant par une modélisation réaliste de la couche de collage ? Contactez-nous.

Code_Aster est l'un des codes éléments finis open source les plus puissants et les plus exigeants au monde, développé et entretenu en continu par le groupe énergétique français EDF. Avec un éventail de fonctionnalités qui dépasse celui de nombreux programmes FEM commerciaux, Code_Aster est particulièrement adapté aux analyses complexes de mécanique des structures, thermiques et couplées dans les environnements industriels et scientifiques.

Nous avons plus de 10 ans d'expérience pratique dans l'utilisation professionnelle de Code_Aster et nous employons ce code EF pour un large éventail de tâches de calcul exigeantes – de la simple analyse statique aux simulations transitoires très complexes avec comportement matière non linéaire et contact.

Nos services avec Code_Aster en un coup d'œil

Analyses structurelles statiques et transitoires

Qu'il s'agisse d'une charge opérationnelle, d'un impact ou d'une sollicitation variable dans le temps, nous calculons le comportement mécanique des composants et des structures dans des conditions de charge réalistes. Pour ce faire, nous exploitons toute la diversité des éléments de Code_Aster :

• Éléments de volume – pour des composants massifs, des soudures et des géométries 3D complexes avec analyse détaillée des contraintes
• Éléments de coque – pour des structures à parois fines telles que tôles, réservoirs, tuyauteries et boîtiers avec une grande efficacité de calcul
• Éléments linéaires et de structure – pour les structures cadres, les constructions en acier et les modèles de système avec de nombreux degrés de liberté

Problèmes de contact et analyses non linéaires

Les problèmes de contact font partie des tâches les plus exigeantes en termes numériques en éléments finis. Code_Aster propose des algorithmes robustes pour cela, que nous utilisons spécifiquement pour résoudre des problèmes tels que les ajustements par frettage, les assemblages collés, les surfaces d'étanchéité ou le décollement de pièces sous charge opérationnelle. Les non-linéarités géométriques et physiques, telles que les grandes déformations ou le comportement élastoplastique des matériaux, sont également représentées correctement.

Connexions vissées

La modélisation réaliste d'assemblages boulonnés dans des modèles FEM requiert un savoir-faire méthodologique ainsi qu'une expérience des spécificités du solveur utilisé. Nous reproduisons les forces de précontrainte et le comportement élastique des assemblages boulonnés selon des méthodes éprouvées – pour des vérifications fiables conformément aux codes en vigueur tels que la VDI 2230.

Analyse en fréquences propres et analyse modale

La connaissance des fréquences propres et des modes de vibration d'une structure est une condition préalable à l'évaluation des risques de résonance et à la conception de structures à faible vibration. Avec Code_Aster, nous effectuons des analyses modales et les combinons, si nécessaire, avec le calcul de réponse vibratoire harmonique ou transitoire – par exemple, pour les machines tournantes, les systèmes de tuyauterie ou les installations soumises à des contraintes sismiques.

Pourquoi Code_Aster – et pourquoi avec nous ?

• Pas de surcoût de licence Code_Aster est open source sous licence GPL et permet des calculs rentables, même pour des volumes de calcul élevés ou des projets parallèles.
• Haute qualité du solveur – le code est utilisé et validé par EDF depuis plus de 30 ans pour des applications critiques en matière de sécurité dans le domaine du nucléaire et de l'approvisionnement en énergie
• Résultats reproductibles et documentés – toutes les simulations sont construites de manière traçable et achevées par une évaluation technique des résultats

Secteurs typiques et domaines d'application

Nos projets Code_Aster couvrent de nombreux domaines industriels et d'ingénierie :

• Construction mécanique et d'installations – Preuves de résistance pour récipients sous pression, brides, constructions soudées
• Génie énergétique et des procédés – Analyses de tuyauteries, échangeurs de chaleur, conception de réservoirs
• Technologie des véhicules et des véhicules ferroviaires – Structures relatives aux collisions, preuves de durabilité en service
• Aéronautique et spatial – Structures légères avec matériaux composites à base de fibres et joints collés
• Génie civil et infrastructure - Analyse sismique, structure en acier, preuves de fondation

Demander un calcul FEM avec Code_Aster

Vous recherchez un partenaire expérimenté pour des calculs de mécanique des structures avec Code_Aster ? Contactez-nous – nous discuterons de votre cahier des charges et développerons ensemble une stratégie de simulation efficace et robuste.