Pourquoi les boulons échouent-ils en cas de fatigue ?

Vous vous demandez peut-être : comment un boulon en métal peut-il souffrir de fatigue ? En fait, une fois l'acier au carbone transformé en boulons,-un chargement cyclique à long terme peut créer des concentrations de contraintes dans des zones locales si les paramètres techniques et les propriétés mécaniques initiaux ne répondent pas aux exigences. Lorsqu'une telle contrainte atteint un niveau critique, de minuscules fissures se forment dans le boulon - ce n'est que la première étape de la fatigue. À mesure que le nombre de cycles de chargement augmente jusqu’à un certain niveau, les fissures se propagent et finissent par conduire à une rupture soudaine. C'est le mécanisme et le résultat de la rupture par fatigue des boulons.

Pourquoi la fatigue apparaît-elleboulons en acier au carbone? Les boulons-plus résistants sont-ils plus susceptibles de se fatiguer ? Premièrement, la fatigue n’est pas directement liée au niveau de résistance du boulon. Les boulons ordinaires ont des exigences de résistance inférieures et sont utilisés dans des conditions douces où les effets de fatigue sont limités. Les boulons à haute résistance-, cependant, sont utilisés dans des environnements soumis à des exigences de traction strictes, ce qui augmente naturellement le risque de fatigue. Pour cette raison, la plupart des ruptures de fatigue que nous rencontrons dans la pratique se produisent dans boulons à haute-résistance, bien que cela ne signifie pas que les boulons ordinaires ne se fatiguent jamais -, ils sont simplement soumis à des exigences d'entretien moindres.

La cause fondamentale de la fatigue des boulons est le changement répété de la contrainte locale lors du chargement cyclique, qui provoque des dommages cumulatifs aux points faibles et finit par former des fissures. Le processus est le suivant : la contrainte érode d'abord les zones vulnérables du boulon, des microfissures apparaissent progressivement, les fissures s'agrandissent avec le temps, et lorsqu'elles atteignent une longueur critique, le boulon se brise brutalement. L'analyse à long-montre que le stress provoquant la fatigue n'a pas besoin d'être important ; elle peut même être bien inférieure à la limite d'élasticité du boulon. Par conséquent, après une rupture par fatigue, la surface de rupture ne présente généralement aucune déformation ou flexion évidente causée par une force externe.

Sur la base de l'analyse ci-dessus, nous pouvons améliorer le processus de fabrication pour améliorer la résistance à la fatigue des boulons. Jetez un œil au schéma suivant :

Filetage renforcéLe diagramme ci-dessus montre un profil de filetage optimisé avec une racine arrondie (rayon R-). Les fissures de fatigue se produisent généralement au niveau des racines du filetage et sous la tête du boulon, donc la modification du processus de fabrication du filetage de base peut prévenir efficacement la fatigue. Comparons-le avec des fils de discussion ordinaires :

Fil ordinaireLe fil ci-dessus est un fil standard avec des coins pointus à la racine. De telles structures à angle droit-sont très sensibles aux changements de contraintes et sujettes à la rupture par fatigue. Comme mentionné précédemment, la zone située sous la tête du boulon est un autre endroit critique pour la rupture par fatigue, comme le montre le diagramme :

Processus de fatigue des boulonsEn utilisant le même principe que le rayon de fond de filetage, nous pouvons ajouter un rayon de congé correctement dimensionné à la jonction entre la tête du boulon et la tige dans la plage de conception autorisée.