La limite d'endurance corrigée à force constante σ e ou τ e de l'assemblage vissé est déterminée pour le type, la conception, la matière et la charge sélectionnés, à l'aide de la formule :
σ e = σ' e k a k b k c k d k e k f [MPa, psi]
où :
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σ' e |
limite d'endurance de base d'une barre de test dans la matière sélectionnée [MPa, psi] |
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k a |
facteur de surface [-] |
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k b |
facteur de taille [-] |
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k c |
facteur de fiabilité [-] |
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k d |
facteur de température en fonctionnement [-] |
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k e |
coefficient de concentration de contraintes modifié [-] |
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k f |
facteur d'effets divers [-] |
1. Limite d'endurance de base σ' e
Si vous n'avez pas de résultats disponibles pour les tests de la matière de liaison fixe sélectionnée et que vous ne connaissez pas la valeur exacte de la limite d'endurance de base, vous pouvez en estimer la valeur. Le calcul établit la limite d'endurance de base à l'aide des formules empiriques suivantes :
σ' e ≈ 0.5 S U - pour flexion inversée
σ' e ≈ 0.4 S U - pour traction - pression inversée
σ' e ≈ 0.28 S U - pour torsion inversée (cisaillement)
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S u |
résistance ultime à la traction [MPa, psi] |
2. Facteur de surface k a
Pour décrire la dépendance de la limite d'endurance sur la qualité de surface, la résistance à la fatigue d'une pièce avec une charge de fatigue augmente suivant l'augmentation de la qualité de surface. Cet effet est plus remarquable pour les matières de haute qualité. Utilisez les courbes expérimentales pour décrire l'effet de la qualité de surface sur la limite d'endurance conformément à la résistance de la matière et pour une surface usinée de diverses façons.
La courbe suivante pour des liaisons fixes de qualité standard est utilisée pour la détermination du facteur ka.
3. Facteur de taille k b
La taille de la liaison n'a pas d'effet sur la résistance à la fatigue dans le cas de liaisons fixes chargées avec une traction - pression inversée. Par conséquent, le facteur de taille pour ce type de charge est k b = 1.
Quand la liaison est chargée avec un pliage ou une torsion inversée (cisaillement), sa taille peut avoir des conséquences non négligeables sur sa résistance à la fatigue. La résistance diminue avec l'augmentation la taille de la liaison.
Le rapport exact de la taille de la liaison sur sa résistance à la fatigue ne peut être déterminé qu'à partir de tests de fatigue expérimentaux complexes sur la liaison fixe spécifiée. Cela est pratiquement impossible. En conséquence, une procédure théorique simplifiée a été définie. Cette procédure repose sur des tests de fatigue expérimentaux portant sur des barres de test lisses de différents diamètres. Cette procédure évalue la taille approximative du facteur k b en partant du principe que le diamètre comparatif virtuel correspondant de la barre de test puisse être attribué pour la section de soudure particulière.
Vous trouverez ci-après les formules de calcul de détermination du facteur k b .
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- unités anglo-saxonnes |
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- unités métriques |
à condition de respecter les conditions suivantes :
k b ≥ 0.6
k b = 1 pour
où le diamètre comparatif virtuel est calculé à l'aide de la formule suivante :
4. Facteur de fiabilité k c
Ce facteur exprime l'influence de la fiabilité requise de la liaison en fonctionnement sur la valeur de la résistance à la fatigue. La valeur du facteur est comprise entre <0.5 et 1> et diminue lorsque le besoin en fiabilité augmente. La valeur k c = 1 correspond à une fiabilité de 50 %, c'est-à-dire qu'il y a 50 % de probabilité que la liaison fixe avec une charge de fatigue donnée soit défectueuse.
Dans la pratique mécanique générale, il est habituel d'avoir des pièces mécaniques fiables à 95 %. Si la défaillance d'une liaison représente un risque mortel pour l'homme ou suppose des pertes financières conséquentes, la liaison fixe doit être conçue avec une meilleure fiabilité.
5. Facteur de température de fonctionnement k d
L'effet de la température en fonctionnement sur la limite d'endurance dépend en grande partie des propriétés de la matière utilisée. Les aciers structurels couramment utilisés travaillant à des températures comprises entre -20 et -200 °C ont une limite d'endurance qui dépend peu de la température, le facteur k d = 1 peut être utilisé.
Une conception qui envisage une rupture par fatigue à des températures élevées constitue un problème complexe. En effet, il y a généralement des interactions entre le fluage, la fatigue et les instabilités métallurgiques. Les informations théoriques qui décrivent ce problème sont incomplètes et insuffisantes. Utilisez les résultats des tests expérimentaux pour déterminer de manière appropriée le facteur k d .
6. Coefficient de concentration de contraintes modifié k e
Une concentration de contraintes locale élevée peut se produire dans une liaison fixe avec charge de fatigue, par exemple, en raison de l'effet d'entaille de la soudure. Elles réduisent considérablement la résistance à la fatigue de la liaison. Le coefficient de concentration de contraintes modifié est déterminé à partir de la formule k e = 1/K, où le facteur de réduction de résistance à la fatigue K dépend du type, de la forme de la conception et de la qualité de la soudure, ainsi que de la charge de la liaison fixe. Ci-après se trouvent les valeurs recommandées du coefficient de concentration de contraintes pour les types et les charges de soudure sélectionnés.
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Type de soudure, méthode de charge |
K |
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Soudure bout à bout finale avec charge de pliage et de traction - pression |
1.2 |
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Soudure bout à bout finale avec charge de torsion (cisaillement) |
1.8 |
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T de raccordement à soudure bout à bout double face |
2.0 |
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Soudure d'angle avec charge perpendiculaire |
1.5 |
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Soudure d'angle avec charge parallèle à l'axe de soudure |
2.7 |
Quand vous considérez l'apparition des concentrations de contraintes locales, les parties les plus dangereuses de la liaison fixe sont les transitions entre la soudure et la matière de base. Pour cette raison, veillez à utiliser une conception de soudure appropriée et à obtenir un usinage parfait des faces de transition en cas de liaisons fixes avec charges de fatigue. Une racine mal soudée d'une soudure bout à bout ou un espace mal soudé à la racine d'une soudure d'angle ont des conséquences négatives sur l'endurance de la soudure. Prenez en compte la qualité de la conception de la soudure quand vous spécifiez un coefficient de concentration de contraintes.
7. Facteur d'effets divers k f
Tous les autres effets qui peuvent réduire ou accroître la résistance à la fatigue d'une liaison fixe (influence de la corrosion, par exemple) sont inclus dans ce facteur.