Modélisation numérique d'une liaison par vis
Une vis passant au travers d'un trou lisse est modélisée par la méthode des éléments finis. Un effort de traction pure est appliqué sur la partie inférieure de la tige pour simuler la tension de serrage.
On en tire quelques enseignements:
- présence d'un cône de compression
- contrainte de pression maximale à l'interface tête de vis/support
- concentration de contrainte à la liaison tête/corps de vis
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Cône de compression
La pièce est comprimé sous l'effort de serrage et de mise en tension. La zone sous contrainte peut être approximée à un cône prenant naissance sous la tête de la vis et s'évasant vers le bas (zone en vert clair ci-dessus à droite). Le serrage n'a pas d'efficacité au delà d'une distance determinée à l'axe de la vis.
Le choix du nombre et du diamètre des vis dépendra de la qualité de liaison souhaité : répartie de manière homogène ou localisée?
La liaison doit transmettre un effort tangentiel par adhérence? Coefficient de frottement et étendue des surfaces en contact doivent être maîtrisés et on cherchera à avoir un recouvrement des zones de compression.
Pression sous tête
Le calcul montre (on pouvait s'en douter) que le maximum de la contrainte de compression est localisée directement sous la tête de la vis. Il faut donc veiller à ne pas dépasser la contrainte admissible par le matériau, au besoin en venant intercaler une rondelle d'appui pour mieux répartir la charge.
Concentration de contrainte
Cette simulation met également en évidence une concentration de contrainte dans la zone de liaison entre la tête et le corps de la vis (en rouge sur la vue ci-dessus à droite).
En pratique ce phénomène est limité par la présence d'un rayon de raccordement.
Y penser dans le choix une rondelle d'appui: il y a risque d'interférence si son diamètre interne est trop faible ou mal maitrisé.