Assemblages non démentables

UNIVERSITE IBN KHALDOUN DE TIARET
Département Génie Mécanique
CH2 : Assemblages non démontables
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I. Assemblages rivés.
1.1. INTRODUCTION.
Depuis pas très longtemps, les liaisons par rivets étaient le type essentiel des assemblages non démontables,
et elles étaient utilisées d’une manière très large dans les différentes constructions telle que les ponts, la
chaudronnerie, la charpente métallique, les constructions navale et aéronautique, etc... Mais dans les dernières
décennies et à cause du développement des procédés de soudage, le champ d’utilisation des liaisons par rivets a
été considérablement réduit.
1.2. DEFINITIONS.
1.2.1. Le rivetage
Le rivetage est une opération qui a pour but obtenir une liaison par rivets entre deux ou plusieurs pièces.
C’est une liaison permanente complète et non démontable entre des pièces généralement plates et à faible
épaisseur (souvent des tôles ou des profilés).
a. Les rivets d’assemblage.
Le rivet est un élément constitué d’une tige cylindrique pleine ou creuse avec ou sans tête en une seule pièce
ou en deux. La tête peut avoir différentes formes.
b. Rivets autopoinçonneurs.
1.2.2. Sertissage.
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a. Rivets forés.
b. Rivets creux.
c. Rivets à expansion ou Rivets aveugles.
1.2.3. Clinchage.
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1.3. UTILISATIONS ET MONTAGE
Les rivets ordinaires sont très répondus dans le domaine de l’industrie et du génie civil dans plusieurs
applications comme on l’a vu précédemment. Les rivets creux s’emploient dans la construction aéronautique, la
construction des appareils de précision et la construction des machines pour l’industrie légère. Ils sont utilisés
aussi pour l’assemblage des pièces métalliques et celles à bords rabattables et pour les pièces à matériau
élastique comme le cuir et le tissu etc.
On réalise l’opération de rivetage à la main ou à l’aide d’un appareil mécanique, hydraulique ou pneumatique.
La pose des rivets se fait à froid pour des diamètres inférieurs ou égaux à 10 mm et à chaud pour ceux qui sont
supérieure à 10 mm (en chauffant à une températures pouvant atteindre 900 °C pour les aciers jusqu’à ce que le
métal devienne rouge cerise et après refroidissement sa contraction va serrer les pièces assemblée fortement.
L’appareil de rivetage classique qui permet de réaliser l’opération de rivetage s’appelle riveteuse, il est
mécanique et constitué de deux parties : la contre-bouterolle et la bouterolle on y retrouve un guide et serre
pièces en même temps.
1.4. AVANTAGES ET INCONVENIENTS
1.4.1. Avantages
-.Possibilité d'assembler des matériaux de nature différente, métallique et non métallique.
-.Possibilité d'assembler les tôles les plus minces ainsi que des matériaux d'épaisseurs différentes
-.Résistance et amortissement des charges vibratoires.
-.Utilisation pour les assemblages difficilement soudables ou non soudables pour des risques de déformations
des pièces dues aux grandes températures.
1.4.2. Inconvénients
-.Difficulté de réalisation par perte de matière (perçage de trous pour la pose des rivets).
-.affaiblissement de la structure par l’effet de concentration de contraintes au niveau des trous.
-.Augmentation du poids des structures à cause des rivets (3,5 à 4,0 %) en comparaison au soudage (1,0 à
1,5 %).
-.Opération difficile et moins productive que le soudage.
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1.5. MATERIAUX UTILISES
Les matériaux utilisés pour les rivets doivent êtres malléables et si c’est possible de même nature que les
pièces assemblées. On emploi surtout de l’acier doux ou extra doux, du cuivre, du laiton, de l’aluminium, le
duralumin et de l’acier à 2 % de nickel, etc.
1.6. CLASSIFICATION
Les rivets forment avec les pièces assemblées des rivures qui, suivant leur destination, forment :
- des rivures de résistance (ensembles de machines, poteaux et tours, fermes etc…),
- des rivures d’étanchéité et de résistance (chaudières, machines à vapeur, enceintes…).
et d’après la forme du joint réalisé on distingue :
- des rivures à recouvrement ou à clin,
- des rivures à couvre-joint.
Suivant la disposition des rivets on a des rivures simple, double ou multiple et suivant la répartition des rivets on
a aussi des rivets en rangées ou en quinconce (en forme de zigzag). Suivant le type de montage on a des
assemblages par recouvrement (a) et des assemblages en bout montés avec couvre-joints (b) :
a)
b)
1.7. CONCEPTION
1.7.1. Dimensions d’un rivet
Les rivets les plus utilisés ont une tête ronde et ont toutes les dimensions en fonction du diamètre de la tige :
D = (1,6 à 1,75).d
h = (0,6 à 0,65).d
r = (0,85 à 1,0).d
par contre la longueur de la tige dépend aussi de l’épaisseur des pièces à assembler et de la forme de rivure :
l = ∑ ei + (1,5 à 2,0).d
dans certains cas on prend : ∑ ei = (4 à 5).d
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pour le diamètre on utilise la formule empirique suivante :
45.e
 d  50.e  2
15  e
et on doit tenir compte des valeur normalisées des diamètres de rivets. Pour les tôles épaisses on peut prendre :
l = 0,7.e + 12 mm
1.7.2. Dimensions d’un assemblage
Dans un assemblage les rivets sont généralement disposés en ligne ou en quinconce.
a) et b) en ligne :
le pas entre les rivets :
a = (4 à 5).d
la pince latérale :
a1 = (1,5 à 2,0).d
écartement entre lignes : a2 = (0,75 à 1,0).d
la pince frontale : a3 = (1,5 à 1,8).d
c) en quinconce :
le pas entre les rivets :
a = (3 à 6).d
la pince latérale :
a1 = 2.d
Écartement entre lignes : a  a.
2
la pince frontale :
3
2
a3 = 2.d
1.8. DESIGNATION
Pour la désignation des principaux types de rivets on peut prendre :
a) rivets à tête ronde (quatre types) :
1- rivets ordinaires, symbole R (fig. 01-a)
2- rivets avec arrondi sous tête, symbole Ra
3- rivets avec bavure, symbole Rb
4- rivets à expansion ou rivets aveugles , symbole G
Exemples :
Ra 8-25 NF E27 – 153
Gf 10-32 NF E27 – 152
b) rivets à tête cylindrique plate :
Exemple :
Cf 8-25 NF E27 – 151
c) rivets à tête fraisée :
Exemple :
F/90 8-20 NF E27 – 154
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1.9. TYPE DE SOLLICITATIONS
Dans un assemblage rivé les éléments constituant sont soumis à des sollicitations de différente nature.
1.9-1. Eléments travaillant à la traction
Les tôles ou cornières sont sollicités à la traction par les contraintes :
avec

F
 [  ro ]  Rp [MPa]
Au
Rp = Re / s
Au = Ap – z.(e.d) = b.e – z.e.d = e.(b - z.d)
Au : section utile ou affaiblie - d : diamètre du rivet
e : épaisseur de la tôle –b : largeur de la tôle
Ap : section pleine
z : nombre de sections affaiblissantes ou nombre de trous
1.9.2. Eléments travaillant au cisaillement
Le calcul des assemblages rivés s’oriente généralement vers la détermination du nombre de rivets à poser et
cela peut se faire par le calcul des rivets au cisaillement :

F
 [ ]  Rpg [MPa]
n.m .Ar
avec Rpg = Reg / s
Ar = π.d2 / 4[mm2]
Ar : section d’un rivet - n : nombre de rivet
m : nombre de sections cisaillées par rivet.
1.9.3. Eléments travaillant à l’écrasement
Les tôles ou cornières et les rivets se calculent pour la plus petite épaisseur de pièce à l’écrasement
(matage) :
  p
F
 [  m ] [MPa]
n.d .e
d est le diamètre du rivet, e est l’épaisseur de la tôle la plus mince et n le nombre de rivets.
1.10. CALCUL DES ASSEMBLAGES DE RESISTANCE
1.10-1. Charges statiques symétriques
Pour calculer les rivures de résistance on choisit généralement le diamètre des rivets et partant de la charge
totale on détermine leur nombre. Mais il arrive parfois qu’on se guide par le nombre de rivets pour calculer
ensuite le diamètre du rivet le plus sollicité.
Lorsque les sollicitations sont symétriques on a :
Les tôles ou cornières sont sollicités à la traction par les contraintes :
n
d’où
n
P0 
P  2
 .d [ ] [N]
n 4
4.P
, et on peut dire aussi que la résistance à la compression est donnée par :
 .n.d 2 .[ ]
P
e.d .[ m ]
1.10-2. Charges statiques asymétriques (excentrée)
L’action de la charge asymétrique appliquée à l’assemblage peut être substituée par celle d’une force
symétrique et l’action d’un moment. La charge maximale qui s’exerce sur un rivet devient alors :
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Le résultat final est :
rivet (1) : p1 
Pp  Pm , - rivet (2) : p2 = Pm - Pp
rivet (3) : p1 
Pp  Pm
2
2
2
2
et rivet (4) : p4 = Pm + Pp,
d’où pmax = p4 car le rivet (4) est le plus chargé du fait qu’il est le plus proche de la charge appliquée et si ce
rivet résiste en toute sécurité à ce chargement, alors ; les autres rivets le seront aussi.
De la figure précédente on a : pp = P/n et pm = P.l/n.r
d’où pmax = pp + pm = P.l/n.r + P/n = P/n (l/r + 1)
Pour l’assemblage de la figure qui suit l’effort maximal sur le rivet le plus chargé peut être déterminé de la
façon suivante :
Les efforts maximaux produisant le plus important couple sont dans les rivets extrêmes ou les plus éloignés du
centre de rotation, c’est les efforts pm1 qui donnent :
M  P .l  2. pm 1 .r1  2. pm 2 .r2
et
pm 1 pm 2

r1
r2
d’où
pm 2 
d’où
 r 2  r22 
P.l  2. pm1.  1
,
 r1 
et par conséquent pm2 :
pm 2 
r2
p m 1 , alors ;
r1
P .l  2. p m 1 .r1  2.
qui permet de tirer pm1 : p m 1 
r2
p m 1 .r2 ,
r1
P .l .r1
2( r12  r22 )
P .l .r2
2( r12  r22 )
Donc la résultante dans les rivets extrêmes qui sont en effet les plus chargés est la charge la plus grande par rivet
pmax  p 2p  pm2
qu’on peut exprimer par :
1
 P .l .r1 
P
p max     
2
2 
n
 2( r1  r2 ) 
2
alors ;
avec :
pp 
P P

n 5
2
En fin, la condition de résistance du rivet le plus chargé est donc :  
p max
pmax
 [ ] d’où :
m .S
m . .d r2

[  ] connaissant le matériau des rivets et les autres paramètres géométriques, on peut
4
facilement déterminer soit le diamètre (dr) des rivets à prendre (P) connue, soit la charge appliquée (P) et (dr)
connu.
1.10.3. Charges alternées
Pour calculer la résistance d’un assemblage rivé sollicité à un chargement alterné on utilise les contraintes
calculées statiquement puis on les multiplie par un facteur () de charge alternée déterminé empiriquement.
Par exemple pour un joint rivé en acier à faible teneur en carbone :  
7
1
1  0 ,30.R
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R est le facteur d’asymétrie du cycle :
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R
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Pmin
Pmax
1
1 ,2  0 ,8.R
II. Assemblages soudés : Un assemblage soudé est constitué par la liaison permanente de plusieurs pièces
pour un joint rivé en acier à teneur moyenne en carbone :  
maintenues entre elles par l'un des procédés suivants :
2.1. Soudage autogène ou soudage.
Les pièces à assembler, de même nature ou de composition voisine, participent à la constitution du joint ou du
cordon de soudure. L’assemblage est dit homogène, c’est-à-dire fait du même métal.
Les pièces à souder perdent leurs contours primitifs par fusion, par écrasement ou par diffusion. Dans le cas du
soudage par fusion, la liaison est généralement obtenue par l'intermédiaire d'un matériau d'apport.
2.2. Brasage et soudo-brasage.
L’assemblage est hétérogène, les pièces à assembler conservent leurs contours primitifs. La liaison est obtenue par
l'intermédiaire d'un métal d'apport dont la température de fusion T est inférieure à celle des pièces à souder. On
distingue :
 Le brasage fort (T > 450 °C) ;
 Le soudo-brasage (T > 450 °C technique analogue à celle du soudage autogène par fusion) ;
 Le brasage tendre {T < 450 °C).
Le brasage ne donne pas, en général, les mêmes qualités de résistance mécanique et de résistance à la corrosion
que le soudage.
2.3.
Représentation des soudures
Chaque fois que l'échelle du dessin le permet, la soudure doit être dessinée et cotée (fig. 1).
Pour les soudures discontinues, on cote la longueur utile d'un élément du cordon et l'intervalle entre les
éléments. La coupe d'une soudure d'angle discontinue n'est jamais hachurée (fig. 2).
Fig.1
Fig.2
Représentation symbolique
Les symboles rappellent la forme de la soudure réalisée,
mais ils ne préjugent pas du procédé de soudage employé
(fig.3)et (fig.4). Ils doivent mesurer au moins 2,5 millimètres
de hauteur.
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Fig.3
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À chaque joint de soudure, la représentation symbolique comprend obligatoirement :
 une ligne de repère ;

une ligne de référence ;

une ligne d'identification (sauf soudures symétriques) ;

un symbole élémentaire.
Fig.4
On peut adjoindre le cas échéant :
 un symbole supplémentaire ;
 une cotation conventionnelle ;
 des indications complémentaires.
a. Ligne de repère, ligne de référence
La ligne de repère est terminée par une flèche
qui touche directement le joint de soudure.
b. Symboles élémentaires
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c. Symboles supplémentaires :
Les symboles élémentaires peuvent être complétés, si cela
est fonctionnellement nécessaire, par un symbole qui
précise la forme de la surface extérieure de la soudure.
Fig.5
Exemples d’application.
Soudure en V plate avec reprise à l'envers plate. (fig.5)
d. Cotation conventionnelle. (fig.6)
Fig.6
On peut indiquer :
 à gauche du symbole élémentaire, la cote principale
relative à la section transversale ;
 à droite du symbole élémentaire, si la soudure n'est pas
continue, la cote relative à la longueur des cordons.
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e. Indications complémentaires
- Soudure périphérique : Afin de préciser qu'une soudure doit être effectuée sur tout le pourtour
d'une pièce, on trace une circonférence centrée à l'intersection des lignes de repère et de référence.
(fig.7)
- Soudures effectuées au chantier : On distingue les soudures effectuées au chantier des soudures
effectuées à l'atelier par un signe en forme de drapeau. (fig.8)
- I n d i c a t i o n du procédé de soudage : Pour certaines applications, il est nécessaire de préciser le
procédé à utiliser. Celui-ci est identifié par un nombre inscrit entre les deux branches d'une fourche
terminant la ligne de référence. (fig.9)
Fig.8
Fig.9
Fig.7
2.4. Procédés de soudage.
2.5. Principaux métaux pour le soudage.
- aciers
Les aciers à faible teneur en carbone (C < 0,25 %)
se soudent sans précaution particulière.
Les difficultés de soudage augmentent avec la masse
des pièces ou avec la teneur en carbone.
- aluminium et alliages légers
On évite de souder les alliages à traitement
thermique (fragilité du métal au voisinage de la
soudure).
On soude principalement les métaux suivants :
Al 99,5 - Al Mg 5 - Al Mg 4.
- Cuivre et alliages cuivreux.
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2.6. Calcul d’assemblages soudés.
Le soudage est une opération qui consiste à créer une liaison entre des éléments au moyen d’un cordon
de soudure déposé sur les pièces par fusion d’une électrode.
2.6.1. Généralités
En calcul d’assemblages soudés, on distingue deux types :
a. les assemblages bout-à-bout caractérisés par la
continuité physique de toute la section d’une au moins
des pièces assemblées.
Fig. 10.Assemblage bout-à-bout.
b. les assemblages par cordons d’angle
caractérisés par un “manque de pénétration”
voulu à la conception. Le cordon de soudure
se trouve comme le nom l’indique dans l’angle
des pièces à assembler.
a.
Fig.11 .Assemblage par cordons d’angle.
a. Joint à clin ou à couvre joint
b. Joint en T
b.
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2.6.2. Calcul simplifié des cas classiques (méthode Fanchon)
.
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