Les boulons sont largement utilisés pour assembler et joindre différentes pièces mécaniques. Qu'est-ce qui permet d'obtenir un assemblage solide sans avoir recours à la soudure ou à la chaleur ? Si les boulons sont mal utilisés, ils peuvent se casser ou être endommagés. C'est pourquoi il est utile de connaître la limite d'élasticité des boulons. Cependant, de nombreuses personnes ne savent pas comment calculer la limite d'élasticité des boulons.
Rappelons que la limite d'élasticité d'un boulon est la contrainte maximale qu'il peut supporter. Au-delà de cette limite, le boulon se déforme, voire se casse, ce qui entraîne la défaillance des pièces assemblées. Une fois que vous connaissez la limite d'élasticité d'un boulon, vous pouvez l'utiliser pour vous assurer qu'il est utilisé correctement. Dans cet article, je vais vous expliquer comment calculer la limite d'élasticité d'un boulon. Commençons.
Qu'est-ce que la limite d'élasticité d'un boulon et pourquoi est-elle importante ?
Avant d'entrer dans les calculs, il faut d'abord comprendre les bases de la limite d'élasticité des boulons.
La limite d'élasticité d'un boulon indique la contrainte maximale qu'il peut supporter. Au-delà de cette limite, le boulon est soumis à une contrainte excessive et peut se déformer et finalement se rompre. Les boulons doivent être utilisés dans les limites de leur limite d'élasticité. Cela permet de s'assurer qu'ils ne sont pas soumis à une pression élevée ou à un étirement, ce qui pourrait entraîner la rupture de la connexion. Chaque taille de boulon a un niveau différent de limite d'élasticité.
Comme je l'ai dit précédemment, il existe différents types de boulons avec différentes qualités. Il s'agit par exemple du grade 8.8 ou du grade 10.9, etc. Chacun de ces boulons a un grade et une limite d'élasticité différents. En général, la classe 8.8 a une limite d'élasticité inférieure à celle de la classe 10.9. Le choix de ces grades de boulons dépend de votre utilisation et de vos applications.
Les grades de boulons appropriés permettent d'obtenir des joints entre deux pièces qui durent des années. Supposons que vous ayez besoin d'un assemblage très serré, sans aucun jeu. Dans ce cas, un boulon de qualité supérieure sera utilisé, car il résistera à des contraintes plus importantes. Vous pourrez serrer le boulon avec une plus grande force. Malgré la contrainte élevée, le boulon ne s'étirera pas et ne se déformera pas, il restera fixé à sa place.
Les boulons se serrent généralement à environ 70% de leur limite d'élasticité. Cela garantit une connexion solide entre les deux pièces et une fixation sûre. En outre, en cas de besoin, vous pouvez facilement retirer le boulon sans surcharge ni serrage excessif. La limite d'élasticité de 70% garantit également que le boulon n'excède pas la contrainte et ne se déforme pas ou ne se brise pas de façon permanente.
Importance de la limite d'élasticité des boulons
Comprendre la limite d'élasticité des boulons est très important pour les connexions entre deux pièces mécaniques. Si vous ne connaissez pas la limite d'élasticité d'un boulon, vous risquez de l'utiliser de manière incorrecte. Voici quelques raisons pour lesquelles la limite d'élasticité des boulons est importante :
- Pour assembler deux pièces, vous aurez besoin de boulons de différentes tailles. Si vous avez besoin d'un assemblage très solide, vous utiliserez un boulon ayant une limite d'élasticité plus élevée. De cette façon, le boulon résistera à des charges plus élevées et maintiendra l'assemblage des pièces.
- Comme je l'ai dit plus haut, les différentes catégories de boulons ont des limites d'élasticité différentes. Le choix de ces qualités de boulons peut donc être déroutant si vous ne comprenez pas la limite d'élasticité du boulon. Une fois que vous avez compris la limite d'élasticité du boulon, vous pouvez choisir la bonne qualité de boulon pour vos besoins.
- Vous constaterez des défaillances dans les composants structurels dues à des boulons incorrects. Lorsque ces boulons sont soumis à de fortes contraintes, ils s'étirent. La liaison entre les pièces se relâche alors, ce qui entraîne leur défaillance. Lorsque vous connaissez la résistance du boulon, vous choisissez le bon boulon. Ce boulon restera stable et empêchera la défaillance des pièces.
Comment calculer la limite d'élasticité d'un boulon ?
Le calcul de la limite d'élasticité des boulons est simple si l'on connaît la formule. Pour la calculer, vous disposez en fait de trois paramètres clés, qui sont les suivants :
- Contrainte à la limite d'élasticité.
- Surface transversale
Voici la formule exacte que vous utiliserez pour déterminer la limite d'élasticité du boulon.
Limite d'élasticité du boulon = Contrainte à la limite d'élasticité × Surface de la section efficace
F(y) = A (t) × S (y)
F (y) est la limite d'élasticité, c'est-à-dire la contrainte que le matériau peut supporter. Au-delà de cette limite, le boulon se déforme de manière permanente ou se brise. A (t) est la zone effective où le boulon est soumis à une contrainte de traction. Comme vous le savez, chaque matériau a sa propre limite d'élasticité, représentée par S (y).
Prenons le cas d'un boulon de grade 10.9. La taille du boulon dans ce cas est M12. Ces deux paramètres nous aident à comprendre la limite d'élasticité du matériau et la section transversale. Pour un boulon de grade 10.9 de taille M12 :
Limite d'élasticité = 940 MPa
Surface de contrainte de traction = 84,3 mm².
Vous pouvez trouver la force d'élasticité exacte en introduisant les valeurs dans la formule ci-dessus :
F(y) = 84,3 × 940 = =79 242 N
Cette force de 79 242 N est la force d'élasticité maximale ou la force que ce boulon peut supporter. Si la force dépasse cette limite, le boulon peut se déformer ou se rompre. Rappelez-vous que vous devez utiliser 70-80% de cette force lorsque vous serrez le boulon. C'est la limite la plus sûre pour que le boulon soit suffisamment serré pour maintenir les pièces mécaniques ensemble. Sous cette contrainte, vous pourrez également retirer le boulon.
Métrique ou impérial : Quel est leur impact sur le calcul de la limite d'élasticité des boulons ?
Le système métrique et le système impérial sont deux systèmes d'unités différents. Ils sont utilisés dans différentes parties du monde. Par exemple, le système impérial est généralement utilisé aux États-Unis et au Canada. En revanche, le système métrique est préféré dans d'autres parties du monde, y compris en Europe. Les pays qui utilisent le système impérial suivent les normes SAE ou ASTM.
En revanche, les systèmes métriques reposent sur les normes ISO. Cependant, la formule pour calculer la limite d'élasticité d'un boulon reste la même pour ces deux systèmes d'unités, à savoir la suivante :
F(y) = A (t) × S (y)
Cependant, la valeur ou les paramètres sont écrits dans des unités différentes. Dans les systèmes métriques ;
Zone de contrainte de traction = mm²
Limite d'élasticité S (y) = MPa
Force = Newton (N)
En revanche, les unités des systèmes impériaux sont différentes :
Zone de contrainte de traction = en²
Limite d'élasticité S (y) = Psi
Force = Livres-force (lbf)
Même si vous utilisez les mêmes formules, vous obtiendrez des résultats différents parce que vous utilisez des unités différentes. Toutefois, ces unités ou valeurs sont interchangeables.
Comment déterminer la surface de la section transversale à partir de la taille d'un boulon ?
Comme je l'ai dit plus haut, il est important de connaître la surface de la section transversale pour calculer la limite d'élasticité des boulons. Cependant, chaque taille de boulon a une surface de section transversale différente, ce qui peut prêter à confusion. Vous trouverez ci-dessous la formule exacte que vous pouvez utiliser pour trouver la surface de la section transversale :
A = (π ÷ 4) × d²
Toutefois, l'utilisation de cette formule pour trouver la surface de la section transversale (surface de contrainte de traction) peut s'avérer fastidieuse. Certains tableaux ISO/SAE donnent les surfaces exactes de la section transversale pour différentes tailles de boulons. Il s'agit notamment des boulons M6, M10, M12, etc. Cela vous évite de devoir calculer la section transversale à chaque fois. Au lieu de cela, vous pouvez vous référer au tableau et obtenir la surface exacte pour différentes tailles de boulons.
Voici le tableau permettant de trouver les sections transversales :
| Taille du boulon | Zone de contrainte de traction (Aₜ) |
| M6 | 20,1 mm² |
| M7 | 28,9 mm² |
| M8 | 36.6 mm² |
| M10 | 58.0 mm² |
| M12 | 84,3 mm² |
| M14 | 115 mm² |
| M16 | 157 mm² |
Limite d'élasticité des boulons de qualité courante
Les différentes qualités de boulons se distinguent par leur composition matérielle. Un boulon de qualité supérieure aura une limite d'élasticité plus élevée, et vice versa. N'oubliez pas que la qualité et la taille des boulons sont deux paramètres différents. Les grades de boulons se réfèrent uniquement à la résistance du boulon et à sa composition.
D'autre part, la taille du boulon fait référence à sa taille et à ses dimensions. Deux boulons de même qualité mais de dimensions différentes auront des limites d'élasticité différentes. Voici un tableau indiquant les différentes qualités de boulons et leur limite d'élasticité. Ces qualités sont indiquées dans les normes ISO et ne doivent pas être considérées comme fixes, car elles peuvent changer en fonction de la taille des boulons :
| Grade du boulon | Limite d'élasticité (MPa) |
| 4.6 | 240 MPa |
| 5.8 | 400 MPa |
| 8.8 | 640 MPa |
| 10.9 | 940 MPa |
| 12.9 | 1100 MPa |
Comme indiqué précédemment, le système d'unités impériales suit les normes SAE plutôt que les normes ISO. Selon les normes SAE, les grades de boulons sont représentés par les grades 2, 5 et 8. Le tableau ci-dessous indique la limite d'élasticité de ces grades :
| Grade du boulon | Limite d'élasticité (Psi) |
| Niveau 2 | 57 000 psi |
| 5e année | 92 000 psi |
| 8e année | 130 000 psi |
Questions fréquemment posées
Quelle est la résistance d'un boulon de grade 8.8 ?
Les boulons de grade 8.8 sont considérés comme plus résistants, avec d'excellentes résistances à la traction et à l'élasticité. La valeur exacte de l'indice valeurs de traction et la limite d'élasticité sont respectivement de 830 MPa et 640 MPa.
Quelle est la différence entre la limite d'élasticité et la résistance à la traction?
La limite d'élasticité et la résistance à la traction sont deux paramètres différents. La limite d'élasticité indique le niveau de contrainte au-delà duquel les matériaux commencent à se déformer. La résistance à la traction est le point (niveau de contrainte) auquel un matériau ou un boulon se rompt et s'endommage.
Un boulon peut-il être utilisé au-delà de sa limite d'élasticité ?
Non. Le boulon ne peut pas être utilisé au-delà de sa limite d'élasticité. S'il est utilisé, le boulon se déformera et s'étirera, ce qui entraînera un desserrement de l'assemblage. Cela finira par entraîner la défaillance des composants structurels ou mécaniques assemblés par le boulon.
Quelle est la charge la plus sûre pour un boulon ?
La charge la plus sûre pour le boulon est d'environ 70-75% de sa limite d'élasticité totale. À cette force ou contrainte, le boulon maintient solidement les pièces. En outre, il reste durable plus longtemps et le démontage du boulon est également plus facile à cette force ou charge optimale.
Conclusion
Concluons : les boulons sont des éléments de fixation importants utilisés pour assembler deux composants. Cependant, chaque boulon a sa propre limite d'élasticité. Si le boulon est utilisé au-delà de sa limite, il commencera à se déformer. Une fois déformé, le boulon s'étire et se détache. Par conséquent, ses performances diminueront et il ne pourra plus maintenir les pièces structurelles ensemble.
Il convient de noter qu'il faut connaître la limite d'élasticité des boulons avant de les utiliser. Cela est d'autant plus important si les pièces assemblées sont fragiles. En effet, si le boulon dépasse sa limite d'élasticité, il se déforme et se brise, ce qui entraîne une défaillance de l'assemblage. Par conséquent, les pièces assemblées se désagrègent et finissent par se casser. Dans cet article, j'ai abordé tous les aspects du calcul de la limite d'élasticité.