Issue |
Mécanique & Industries
Volume 6, Number 1, Janvier-Février 2005
MÉCAMAT Aussois 2003 – Assemblages : des matériaux à la structure
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Page(s) | 55 - 64 | |
Section | Numéro thématique | |
DOI | https://doi.org/10.1051/meca:2005007 | |
Published online | 08 March 2005 |
Calcul des contraintes résiduelles dans les zones d'assemblage de plaques en verre trempé
Prediction of residual stresses near joints in tempered glass plates
1
École des mines de Douai, Département Génie Civil, 941 rue
Charles Bourseul, 59508 Douai Cedex, France
2
Laboratoire Sols Solides Structures, Domaine Universitaire, 38041
Grenoble Cedex 9, France
3
Saint-Gobain Recherche, 39 quai Lucien Lefranc, 93303 Aubervilliers
Cedex, France
Auteur de correspondance : laurent.daudeville@inpg.fr
Reçu :
2
Juillet
2004
Accepté :
5
Novembre
2004
Ce travail porte sur l'utilisation du verre comme véritable matériau de structure et concerne plus particulièrement le calcul des contraintes résiduelles de trempe autour des zones d'assemblage par insertion d'un connecteur métallique au sein de plaques trouées et chanfreinées pour la prédiction de la résistance de tels assemblages. Des simulations numériques par la méthode des éléments finis du procédé de trempe sont menées pour le calcul des contraintes transitoires et résiduelles près des bords de plaques de verre (calculs 2D) et près de trous chanfreinés (calculs 3D). Le verre est considéré comme un matériau viscoélastique, le modèle de Narayanaswamy est utilisé, il prend en compte les phénomènes de relaxation de contraintes d'origine visqueuse et structurale. Une difficulté provient de la description correcte des transferts de chaleur pendant la trempe qui est d'importance majeure pour la prédiction des contraintes résiduelles. La convection forcée due au soufflage de l'air et le rayonnement sont modélisés, le caractère semi-transparent du verre est pris en compte. Les coefficients de convection forcée dans les zones bords sont identifiés expérimentalement. Les résultats de prédiction des contraintes résiduelles de trempe sont comparés à des résultats de mesures photo-élastiques. Ce travail permet l'optimisation de la géométrie de la plaque de verre pour un renforcement maximal dans la zone d'assemblage.
Abstract
This work deals with the use of glass as a real structural material and concerns more particularly the calculation of residual stresses due to tempering in the vicinity of dowel type joints inserted into chamfered holes in the aim of predicting the load bearing capacity of such joints. This work presents numerical simulation results of the thermal tempering by the Finite Element Method in order to calculate transient and residual stresses near edges of a glass plate (2D calculation) and near holes (3D calculation). During thermal tempering, glass is considered as a viscoelastic material. The Narayanaswamy's model is used. It takes into account the structural relaxation phenomena. The particular difficulty is the correct modelling of heat transfers since transient and residual stresses strongly depend on the history of temperature within the plate, close to the edge and to the hole. Both the forced convection due to the blowing of air and the radiative heat transfer are modeled numerically. The semi-transparency of glass in the near infrared range is considered. The convective heat transfer coefficients on the edge and hole walls are identified thanks to a specific experimental set-up and validated from simulations of heat transfer tests. The computed residual stresses are checked against photo-elastic measurements. Such a work allows the optimization of the glass plate geometry in the vicinity of the joint in the aim of a maximum reinforcement.
Mots clés : Verre trempé / structures / photoélasticité / éléments finis / contraintes résiduelles / assemblages
Key words: Tempered glass / structures / photoelasticity / finite elements / residual stresses / joints
© AFM, EDP Sciences, 2005
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