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application
Optimisation du serrage des assemblages boulonns
Equipements
Linear Motion Division
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Optimisation du serrage des assemblages boulonns
Contexte
Serrage des boulons bien souvent peru comme une opration banale et secondaire dans la conception des quipements mcaniques.
Serrage, insuffisant, excessif ou htrogne 30 % des dfaillances statiques
Mauvaises conditions de serrage 45 % des dfaillances en fatigue
Pourtant
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Optimisation du serrage des assemblages boulonns
Problmatique gnraleNcessit de matriser lopration de serrage elle-mme, grce un
outillage prcis et fiable
Dfinition des Procdures de Serrage : Facile mettre en uvreGarantie dun serrage homogne sur tous les boulons Minimum doprations
Multiplicateur de couple Tendeur hydrauliqueTendeur mcanique
? ? ?
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Problme tudi
Brides Ptrochimique
8 boulons (vis + crou)Prsence porte--faux (joint mtallique)
Caractristiques
Mme effort de serrage (F0) sur tous les boulons !
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Objectifs1- Assemblage concevoir
Connatre leffort extrieur Fe
Choisir caractristiques des boulons
Dfinir Force Serrage (F0)
2- Assemblage conu serrer
Calculer Effort maximal sur les boulons
Surveiller contrainte dans les boulons
Cahier des charges
- F0 proche de 80% Re?- L/D plus grand possible ?- Poids minimum ?- Coefficient scurit appropri?- Moyen de serrage ?- Tenue la fatigue ?
OUI
NON
serrer avec F0
F0 connuMoyen de serrage connu
Nombre de moyens de serrage ?
Minimum Oprations de serrage ?
Prise en compte : limitation technologique des outilslimitation mcanique des boulons
Plan de serrage fournir loprateur ou au robot
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Primtre de ltudeAssemblage suppos conu
Moyen de Serrage retenu : Traction Hydraulique
Nombre de tendeurs impos par le client = Deux (pour des considrations de cots)
Plan de serrage sera donn en termes defforts hydrauliques (Fh) appliquer
Tendeur HYDROCAM
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Principe traction hydraulique
Fh F0
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Deux sous-problmes1- Au niveau dun boulon
F0FhProblme direct
Problme inverse?
2- Au niveau de lassemblage
Quelle stratgie pour dfinir le plan de serrage optimal ?
i.e. Prise en compte des interactions entre les boulons
C.O.I.
Modle simplifi analytique + C.O.I.
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Description du problme Mono-Boulon
Fh : Effort Hydraulique
F0 : Effort rsiduel de serrage
Trouver le rapport Fh/F0 le plus prcis possible
Fh+
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Description PrimitiveProblme Mono-Boulon
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Construction Base de DonnesProblme Mono-Boulon
Simulations numriques
Modle AxisymtriqueElastoplasticit
crouissage cinmatique linaireContacts/frottementPrise en compte du filetageSimulation du processus complet de serrage
Phases de traction/accostage/relchement de la pressionSimulation du double accostage
F0Fh ?Problme direct
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Construction de la BDProblme Mono-Boulon
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Construction de la BDProblme Mono-Boulon
Fin de la 1re mise en pression
Fin du 1er accostage
Serrage aprs 1er accostage
Serrage aprs 2me accostage
Fin du 2me accostage
Fin de la 2me mise en pression
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Construction de la BDProblme Mono-Boulon
Dfinition des bornes des paramtres de
lassemblage
Gnration des paramtres du paquet dassemblages
Cration du modle Elments Finis
Simulations Numriques
Vrification et stockage des rsultats ( Fh/F01 et Fh/F02 )
480 cas dont: 59 cas technologiques12 cas frontires409 cas alatoires contrls
AutoBoulon
Chane de calcul
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Construction de la BDProblme Mono-Boulon
Fh/F01
1er accostage
Fh/F02
2eme accostage
Fh/F01
1er accostage
Fh/F02
2eme accostage
Avec Fh/Fy2 Avec Fh/Fy2
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Description IntelligenteProblme Mono-Boulon
La description primitive est dans notre problme insuffisante pour prdire de manire fiable la rponse Fh/F0
Il faut donc introduire de lintelligence !Descripteurs RDM de 1re Catgorie
Descripteurs RDM de 2me Catgorie
Descripteurs pseudo-intelligents
Toute quantit qui a un sens physique, qui dcoule directement des connaissances des experts et qui ne reprsente pas une estimation directe de la rponse du problme.
Fournissent une estimation directe de la rponse du problme. Ils peuvent tre obtenus soit partir desolutions analytiques simplifies ou soit partir dun apprentissage automatique de la rponse dunsous problme.
Quantits intermdiaires qui nont pas ncessairement de signification physique mais qui aident les gnrateurs de systme expert dans la recherche des rgles
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Description IntelligenteProblme Mono-Boulon Confidentiel
- In/Prim : Descripteur dentre primitif- In/Intel1 : Descripteur intelligent de 1ire catgorie- In/Intel2 : Descripteur intelligent de 2ime catgorie
- In/Intel3 : Descripteur de 3ime catgorie- Out : Descripteur de sortie
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Optimisation du serrage des assemblages boulonns
Apprentissage AutomatiqueProblme Mono-Boulon
Confidentiel
Rgles visibles sous forme de fonction informatique
1er accostage
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Apprentissage AutomatiqueProblme Mono-Boulon
Confidentiel
Rgles visibles sous forme de fonction informatique
2me accostage
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Analyse de sensibilitProblme Mono-Boulon
Fh/F01Fh_Fy=0.4
Fh_Fy=0.5
Fh_Fy=0.6
Fh_Fy=0.7
Fh_Fy=0.8
Fh_Fy=0.9
Fh_Fy=1.
Fh/F02Fh_Fy=0.4
Fh_Fy=0.5
Fh_Fy=0.6
Fh_Fy=0.7
Fh_Fy=0.8
Fh_Fy=0.9
Fh_Fy=1.
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Analyse de sensibilitProblme Mono-Boulon
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Problme DirectProblme Mono-Boulon
F0
Fh+Simulations numriques
Rglesby C.O.I.
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Problme inverseProblme Mono-Boulon
FhF0+
Utilisation dalgorithmes gntiques
Itrations sur des problmes directs (applications des rgles)
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Intgration dans Hydrocam-AUIProblme Mono-Boulon
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Intgration dans Hydrocam-AUIProblme Mono-Boulon
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Description du problme Multi-BoulonsTrouver le plan de serrage, en termes de Fh, conduisant un serrage
homogne F0 sur tous les boulons en un minimum doprations.
Restriction du primtre dtude
Le tendeur est choisi compatible avec les donnes gomtriques de lassemblage
Le nombre de tendeurs est impos
Le scnario de serrage est impos
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Description du problme Multi-BoulonsTendeurs
Scnario Scnario traditionnel - Bride ENIM 2 tendeurs
2 tendeurs Hydrocam
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Modle simplifi analytique sous-jacent
Confidentiel
OTPOTPOptimal Tightening Process
Raideur des boulons
Raideurs de la bride au cours du scnario
Scnario de serrage
Conditions de Conditions de ProcessProcess
F0 atteindre
Fmax ne pas dpasser
by C.O.I.
Problme Multi-Boulons
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Solution en 1 passeProblme Multi-Boulons
F0 = 100 kN atteindre
Aucune limitation sur leffort max
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Solution en plusieurs passesProblme Multi-Boulons
F0 = 100 kN atteindre
Fmax = 160 kN ne pas dpasser
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Solution en plusieurs passes
Lot1Lot2Lot3Lot4
Evolution du serrage
Temps1211109876543210
Effo
rt (k
N)
120.0
110.0
100.0
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
Problme Multi-Boulons
F0 = 100 kN atteindre
Fmax = 120 kN ne pas dpasser
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Intgration dans Hydrocam-AUIProblme Multi-Boulons
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PerspectivesExtension du primtre doptimisation
Dans le cas dun assemblage conu- Choix optimal du tendeur- Choix optimal du nombre de tendeurs- Choix optimal du scnario de serrage
Optimisation ds la phase de conception !
Dans le cas dun assemblage concevoir- Nombre optimal de boulons- F0 Optimal
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C.O.I.Bien dautres Applications
En mcaniqueConstruction de solutions exactes en lastoplasticitOptimisation de forme des longerons au crashOptimisation des composites tisssOptimisation de forme des ressorts automobiles
Dans le mdicalDans le bancaire