Un leader mondial des systèmes de sécurisation pour assemblages vissés utilise NX CAE pour développer des technologies de pointe

Nord-Lock Group Case Study

Quand la sécurité passe avant toute autre chose

Nous utilisons des assemblages vissés depuis des milliers d’années et ils font partie de notre vie quotidienne depuis si longtemps que nous oublions à quel point ils sont importants. On les trouve partout : dans les appareils électroménagers, les véhicules de transport, les machines-outils, les appareils de manutention, les ponts, etc.

Dans de nombreux secteurs, la sécurité des assemblages constitue un élément vital tout au long du cycle de vie du produit : les véhicules sont exposés à des sollicitations dynamiques et des vibrations constantes et la sécurité dépend largement de la bonne tenue de l’ensemble ; le desserrage d’un assemblage dans l’infrastructure ferroviaire ou le matériel roulant peut être coûteux et avoir des conséquences fatales si le train est en mouvement ; les gratte-ciel, les ponts et les tunnels comportent tous un très grand nombre d’assemblages difficiles d’accès, mais dont la sécurisation est essentielle pour assurer la sécurité et la fonctionnalité de l’ensemble.

Depuis plus de 30 ans, le Groupe suédois Nord-Lock fournit des solutions d’assemblage sûres et fiables. Sa devise : “assurer la sécurité maximale des assemblages vissés.“ Pour répondre aux exigences de sécurité et résoudre les problèmes d’assemblage les plus complexes, le groupe Nord-Lock propose une combinaison unique d’expertise d’assemblage et des technologies innovantes pour simplifier les opérations de serrage et sécuriser les assemblages. Parmi les produits emblématiques du Groupe, figurent les rondelles de sécurité à effets de cames, les systèmes de serrage mécanique Superbolt™ et, plus récemment, les systèmes innovants Boltight™ pour le serrage de boulons à l’aide de tendeurs hydrauliques.

Des technologies de pointe

Les assemblages vissés ont beaucoup évolué depuis l’époque où les boulons et les vis étaient fabriqués à la main et où les clients n’avaient le choix qu’entre des produits de base. Récemment, des entreprises comme le groupe Nord-Lock ont considérablement amélioré la technologie des assemblages vissés en inventant par exemple des systèmes de blocage. En outre, l’accent est davantage mis sur l’analyse des assemblages. “Auparavant, on décidait de la taille d’un assemblage uniquement d’après son expérience et on croisait les doigts pour que ça marche, explique Bill Eccles, l’ingénieur en mécanique qui est à l’origine de la science Bolt et qui a plus de 20 ans d’expérience dans la technologie des assemblages vissés. “Désormais, on s’attarde davantage sur l’analyse et on s’assure que tout fonctionne avant de fabriquer des produits et de les mettre sur le marché.”

Les systèmes de serrage ont également beaucoup évolué. Les tendeurs à vis multiples (MJT) Superbolt offrent une technologie innovante pour le serrage des boulons et des goujons. Les tendeurs hydrauliques de nouvelle génération facilitent et améliorent le serrage car ils ne génèrent pas de contrainte de torsion, donc pas de bras de réaction et pas d’effet pervers latéral. Les vis sont serrées de façon simultanée et l’ensemble reste plat.

Un nouveau Centre mondial de R&D

Afin de renforcer son expertise, le groupe Nord-Lock a ouvert en 2011 un Centre technique de R&D. Ce Centre mondial, basé en France près de Lyon, a pour mission de soutenir les ingénieurs d’application du monde entier qui, sur le terrain, aident les clients à effectuer des milliers de tests et vérifications. Il effectue des calculs avancés, des caractérisations et des essais avec des laboratoires partenaires comme le CETIM (Centre Technique des Industries Mécaniques). Le laboratoire est équipé d’appareils de test et de mesure, notamment le test Junker, considéré comme l’essai de tenue en vibration le plus sévère pour les liaisons filetées.

“Dans notre laboratoire, nous effectuons des tests de vibration, de couple et de précontrainte», explique Zouhair Chaib, responsable du Centre de R&D de Nord- Lock Group et expert technique dans la sécurisation des assemblages. “Nous pouvons également tester le comportement des systèmes, par exemple, pour nous assurer que la solution proposée fonctionnera correctement et sera sûre. Le test Junker nous permet de mesurer les états de contraintes et les déformations d’un assemblage soumis à des déplacements transversaux alternés sous la tête de vis ou sous l’écrou.”

Le Centre de R&D utilise Cetim Cobra, logiciel de dimensionnement et de calcul d’assemblages vissés et boulonnés précontraints, standard de calcul depuis de nombreuses années dans différents secteurs de ma mécanique.

Le choix de NX Simulation

Pour rester à la pointe de l’expertise et capitaliser son savoir-faire technique, le Centre s’est doté récemment des logiciels NX™ et NX™ Nastran® de Siemens PLM Software, spécialiste de la gestion du cycle de vie du produit (PLM). Le groupe Nord-Lock a fait appel à Nesys Engineering, partenaire de Siemens PLM Software, pour l’accompagner dans sa démarche. “Pour nous, il était important d’avoir un interlocuteur unique qui connaisse parfaitement le domaine de la simulation et soit capable de répondre à des questions techniques pointues. Nous apprécions tout particulièrement l’expertise métier des équipes, leur connaissance approfondie du logiciel et leur disponibilité”, souligne Zouhair Chaib.

Sébastien Duchesne, Directeur de Nesys Engineering précise : “Nos ingénieurs sont tous passionnés de mécanique et de simulation et nous souhaitons apporter notre maîtrise des outils de calcul par éléments finis et notre expertise technologique aux projets industriels de nos clients, PME ou grands groupes.” Il ajoute: “Nesys Engineering a accompagné le groupe Nord-Lock dans toutes les étapes du projet : évaluation du logiciel, choix de la solution globale logiciel+matériel, installation, formation et support technique.”

Aujourd’hui, NX Simulation est essentiellement utilisé en calcul non-linéaires avancé pour analyser les états de contrainte, les déformations et les déplacements dans les assemblages. Le choix de la solution s’est imposé naturellement pour la précision, la performance et la fiabilité de son solveur NX Nastran, sa gestion intégrée des données CAO et son ouverture.

Comprendre, capitaliser, valider

“En phase d’étude nous utilisons le logiciel pour mieux comprendre certains phénomènes et valider des règles métiers internes”, déclare Zouhair Chaib. “Les études paramétriques nous permettent d’analyser différents scenarios et d’en déduire des modèles simplifiés que nous mettons à la disposition des autres centres techniques dans le monde entier. Cela participe à notre mission de support car les ingénieurs commerciaux n’ont ni le temps ni les moyens de faire des calculs complexes. Cela contribue également à la capitalisation du savoir-faire technique de l’entreprise.”

NX CAE permet également d’analyser des situations de défaillance. “En situation d’expertise, nous sommes parfois confrontés à des cas de rupture complexes, notamment dans le cas d’assemblages multi-fixations”, explique Zouhair Chaib.

“Les défaillances des assemblages vissés ont deux principales sources : le dévissage spontané causé par les vibrations et les sollicitations dynamiques, et le détarage causé par les pertes par tassement et la relaxation. Pour proposer des solutions de réparation, il faut comprendre le processus qui a conduit à la défaillance. Il nous faut imaginer le scenario le plus probable. Cela signifie, définir les différents cas possibles, puis les simuler virtuellement pour déterminer le scénario le plus viable.”

Le groupe Nord-Lock utilise aussi NX CAE comme alternative aux tests physiques. “Pour certaines applications il n’est tout simplement pas envisageable de tester physiquement un assemblage”, déclare Zouhair Chaib. “C’est le cas des structures ‘géantes’ ou de très petite taille. Et là, nous avons recours au numérique.”

“Dans le futur, nous envisageons de développer, grâce à NX Open, des outils métier intégrant les règles de dimensionnement du groupe Nord-Lock. Et de les mettre à disposition des ingénieurs commerciaux sur tablettes… ”, promet Zouhair Chaib.