Cette thèse porte sur l’étude du dévissage spontané d’assemblages vissés, sous sollicitations dynamiques transversales. Un travail expérimental et numérique a été réalisé pour caractériser ce phénomène, dans des conditions proches de celles des assemblages réels. Une expérimentation a permis de provoquer le dévissage d’un boulon, en soumettant l’assemblage à des vibrations transversales par rapport à l’axe de la vis. Les effets de la précharge, du traitement de surface et de la disposition des vis ont été explorés. Ces résultats ont été confrontés avec ceux obtenus par un modèle numérique détaillé utilisant la méthode des éléments finis. Cependant, en raison de la complexité de la géométrie et des difficultés de modélisation à l’échelle locale, le temps de calcul est très important et peut être prohibitif pour une étude industrielle. Afin de remédier à cette difficulté, des modèles simplifiés ont été développés, l’un avec une approche par éléments finis associés à un connecteur cinématique, et l’autre par modélisation unidimensionnelle. Ces modèles simplifiés reproduisent correctement le phénomène du dévissage spontané et confirment leur efficacité en gain de temps de calcul. / This thesis focuses on the study of the self-loosening of bolted joints under transverse dynamic loads. Experimental and numerical work was carried out in order to reveal this phenomenon under conditions close to those of actual assemblies. An experiment allowed the loosening of a bolt to be caused by subjecting the assembly to transverse vibration with respect to the axis of the screw. Effects of preload, surface treatment and disposal of the screws were explored. These results were compared with those obtained by a detailed numerical model using the finite element method. However, due to the complexity of the geometry and modeling challenges at the local level, the computation time was very long and may be prohibitive for an industrial study. To remedy this problem, two simplified models were developed, one with a finite element approach associated with a kinematic connector, and one by unidimensional modeling. These simplified models correctly reproduce the self-loosening phenomenon and confirm their efficiency in terms of computation time.

In this study, endurance tests were conducted in bolted joints to plot S-N curves. The bolts tested were the M8, class 8.8 of three different lengths, 45, 60 and 80 mm. A device was machined to support cyclic axial load to carry on the endurance tests. Tensile tests were conducted on the bolts in order to establish its mechanical properties. For the performance of the endurance tests, it was applied a preloading equal to 90% of the yield strength. Hence, the stiffness was calculated according to different existing theories. Also, it was calculated the alternate stress and stress amplitude on the bolt. The obtained endurance limits results, as well as the calculated stiffness, alternate stress and stress amplitude were compared with results achieved in similar studies. Moreover, it were developed axysimmetric computational models of the 45 and 80 mm bolted joints, with the aim of verifying the stress level carried by the bolt when it is submitted to the pre load. The results showed a maximum stress 10% higher on the 45 mm bolted joint. / Neste estudo foram realizados ensaios de resistência à fadiga em parafusos M8, classe 8.8 de três diferentes comprimentos, 45, 60 e 80 mm. Foi fabricado um dispositivo para aplicação do carregamento axial cíclico para realização dos ensaios de fadiga. Foram realizados ensaios de tração nos parafusos a fim de se estabelecer suas propriedades mecânicas. Para a realização dos ensaios de fadiga, foi aplicada uma pré carga de aperto nos parafusos equivalente à 90% da tensão de escoamento. Foi feito o cálculo da rigidez do parafuso e dos membros da junta parafusada levando em consideração diversas teorias existentes. Também foi realizado o cálculo da tensão alternada e da amplitude de tensão atuantes no parafuso. Os limites de resistência à fadiga obtidos, bem como as rigidezes e tensões calculadas, foram comparados com trabalhos correlatos. Foram desenvolvidos modelos computacionais axisimetricos das juntas parafusadas de 45 e 80 mm para verificar o nível de tensão atuante quando estas são submetidas à pré carga. Obteve-se uma tensão máxima 10% maior no parafuso de 45 mm.

Este trabalho trata das falhas que podem ocorrer em uniões e juntas de materiais compósitos unidas mecanicamente por parafusos. O compósito de fibra de carbono (tecido) embutido em resina epoxy foi estudado neste trabalho devido ao amplo uso em estruturas de vários segmentos da indústria. O trabalho apresenta vários critérios de falha, demonstrando as vantagens e desvantagens de cada um para materiais compósitos. A fabricação dos corpos de provas e os ensaios necessários para obtenção de parâmetros e validação de estruturas são descritos. A resistência da junta mostrou-se muito menor do que a da estrutura de compósito, demonstrando a importância de estudos assim. Criou-se um modelo numérico utilizando critérios de falhas como o critério de Hashin e o de máxima tensão. Os resultados da simulação de elementos finitos tiveram uma boa relação com os ensaios experimentais e o modelo foi então validado e considerado representativo. / This work shows failures that can occur in composite mechanically fastened joints. The composite carbon fiber embedded in epoxy resin, used in this study, was chosen due to it\'s wide use in structures of any segment of the industry. Many failure criteria, showing the advantages and disadvantages for each, regarding composite structures are presented in this work. Test specimens\' manufacturing is described along with required tests for parameter definition and structures validation. The countersunk fastened joint strength is much lower than the composite structure itself, demonstrating the necessity of studies like this. A numerical model using criteria like Hashin and maximum stress was created. The finite elements\' simulation results had a close response to the experimental results and the model was validated and considered representative.

Este trabalho trata das falhas que podem ocorrer em uniões e juntas de materiais compósitos unidas mecanicamente por parafusos. O compósito de fibra de carbono (tecido) embutido em resina epoxy foi estudado neste trabalho devido ao amplo uso em estruturas de vários segmentos da indústria. O trabalho apresenta vários critérios de falha, demonstrando as vantagens e desvantagens de cada um para materiais compósitos. A fabricação dos corpos de provas e os ensaios necessários para obtenção de parâmetros e validação de estruturas são descritos. A resistência da junta mostrou-se muito menor do que a da estrutura de compósito, demonstrando a importância de estudos assim. Criou-se um modelo numérico utilizando critérios de falhas como o critério de Hashin e o de máxima tensão. Os resultados da simulação de elementos finitos tiveram uma boa relação com os ensaios experimentais e o modelo foi então validado e considerado representativo. / This work shows failures that can occur in composite mechanically fastened joints. The composite carbon fiber embedded in epoxy resin, used in this study, was chosen due to it\'s wide use in structures of any segment of the industry. Many failure criteria, showing the advantages and disadvantages for each, regarding composite structures are presented in this work. Test specimens\' manufacturing is described along with required tests for parameter definition and structures validation. The countersunk fastened joint strength is much lower than the composite structure itself, demonstrating the necessity of studies like this. A numerical model using criteria like Hashin and maximum stress was created. The finite elements\' simulation results had a close response to the experimental results and the model was validated and considered representative.

The object of the diploma thesis is the design and the assessment of the steel structure for rally team base in Napajedla, which contains the space for the administration and the space for the service hall. The overall ground plan proportions of the structure are 30 x 26 metres. The structure for administration is the four-storey building. The ground plan proportions of this structure are 30 x 12 metres and the height is 14.5 metres. The ground floor grid of the main load-bearing structure is 6 x 6 metres. The height of the one floor of the structure is 3.5 metres. The structure of ceilings and roof is designed like composite steel and concrete structure. All joints of the steel structure for administration are designed like bolted joints. The spatial rigidity of the structure is ensured by vertical wall truss bracings and by the rigidity of composite steel and concrete structure of ceillings and roof. To the structure for the administration is connected structure for the service hall. The ground plan proportions of this structure are 30 x 14 metres and the height is 10.5 metres. The main structure of the structure for service hall is frame with the rigid joint in the corner of the frame. The axial distance of the main structures is 6 metres. All joints including the rigid joint in the corner of the frame of the steel structure for service hall are designed like bolted joints. The spatial rigidity of the structure is ensured by vertical wall truss bracings and horizontal roof truss bracings. The whole structure is designed of steel S355.

Für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des gesamten Elektroenergieversorgungs-systems ist der langzeitstabile und möglichst wartungsfreie oder wartungsarme Betrieb jeder einzelnen Komponente wichtig. Eine Wartung aller stromführenden Verbindungen ist aufgrund der Anzahl und ihrer Zugänglichkeit nicht möglich. Eine Großzahl der Verbindungen wird deshalb montiert und muss über die geforderte Lebensdauer der Anlagen von mehreren Jahrzehnten wartungsfrei funktionieren. Um dies gewährleisten zu können, müssen die richtigen Leiter- und Beschichtungswerkstoffe gewählt, eine langzeitstabile Konstruktion vorhanden, die richtige Montage durchgeführt und eine gesicherte Grenztemperatur für die gewünschte Lebensdauer unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen bekannt sein. In dieser Arbeit werden stromführende Verbindungen betrachtet, die keinen Lichtbogen führen müssen. Es werden die wichtigsten Leiter- und Beschichtungswerkstoffe, die Kontaktphysik insbesondere von Flächenkontakten, der Zusammenhang zwischen mechanischem und elektrischem Kontaktverhalten, die Physik der Alterung und die Wirkung auf das Langzeitverhalten bei unterschiedlichen Einsatz- und Umgebungsbedingungen betrachtet. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden genormte Prüfverfahren bewertet und Ansätze zum Weiterentwickeln vorgestellt. Die Erkenntnisse dieser Arbeit basieren auf Ergebnissen, die in 40 Jahren Forschung an der TU Dresden erarbeitet wurden. Als Modellgeometrie für die grundlegenden experimentellen Untersuchungen wurden insbesondere Schrauben¬verbindungen mit Stromschienen verwendet, da diese Verbindungsart eine der am häufigsten verwendeten ist und millionenfach im Elektroenergieversorgungssystem eingesetzt wird.:1 Einleitung 2 Funktion und Anforderung an stromführende Verbindungen 3 Kontaktwerkstoffe 3.1 Leiter 3.2 Beschichten von Leitern 4 Kontaktverhalten von Schraubenverbindungen 4.1 Physikalische Grundlagen zum Flächenkontakt 4.2 Schraubenverbindung mit Stromschienen 4.2.1 Mechanisches Kontaktverhalten 4.2.2 Elektrisches Kontaktverhalten 4.2.3 Zusammenhang elektrisches und mechanisches Kontaktverhalten 4.2.4 Montage stromführender Verbindungen 4.2.5 Verallgemeinern der gewonnenen Erkenntnisse 5 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen 5.1 Alterungsmechanismen 5.1.1 Kraftabbau 5.1.2 Diffusion 5.1.3 Chemische Reaktionen 5.1.4 Reibverschleiß 5.1.5 Elektromigration 5.2 Mathematische Ansätze zum Beschreiben der Alterung 5.3 Experimentell ermittelte Lebensdauerkennlinien 5.3.1 Typische Lebensdauerkennlinie von Schraubenverbindungen 5.3.2 Leiterwerkstoffe - Aluminium, Kupfer und deren Legierungen 5.3.3 Beschichtungswerkstoffe - Silber, Nickel, Zinn 6 Prüfverfahren 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Literaturverzeichnis 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis / For a safe and reliable operation of the electric power supply system, the long-term stable and low-maintenance or maintenance-free operation of each component is important. Maintenance of all current-carrying joints is not possible due to their number and accessibility. A large number of joints is installed and must operate during the required life-time of the system of several decades maintenance-free. In order to warrant this, the appropriate conductor and coating material must be selected, a long-term stable construction design must be provided, the correct installation must be guaranteed, and a safe temperature limit for the desired life-time must be known according to the ambient conditions. In this work, non-arcing current-carrying joints are investigated. It considers the most important conductor and coating materials, the physics of surface contacts, the relationship between mechanical and electrical contact behavior, the physics of aging and the effects on the long-term behavior under different conditions of use and environmental conditions. Based on these scientific findings, standardized test methods are evaluated and approaches for further development are presented. The findings of this work are based on the results obtained in 40 years of research at the TU Dresden. As a model geometry for the basic experimental investigations bolted joints with bus bars are used, because this type of joint is one of the most commonly used millions of times in the electric power supply system.:1 Einleitung 2 Funktion und Anforderung an stromführende Verbindungen 3 Kontaktwerkstoffe 3.1 Leiter 3.2 Beschichten von Leitern 4 Kontaktverhalten von Schraubenverbindungen 4.1 Physikalische Grundlagen zum Flächenkontakt 4.2 Schraubenverbindung mit Stromschienen 4.2.1 Mechanisches Kontaktverhalten 4.2.2 Elektrisches Kontaktverhalten 4.2.3 Zusammenhang elektrisches und mechanisches Kontaktverhalten 4.2.4 Montage stromführender Verbindungen 4.2.5 Verallgemeinern der gewonnenen Erkenntnisse 5 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen 5.1 Alterungsmechanismen 5.1.1 Kraftabbau 5.1.2 Diffusion 5.1.3 Chemische Reaktionen 5.1.4 Reibverschleiß 5.1.5 Elektromigration 5.2 Mathematische Ansätze zum Beschreiben der Alterung 5.3 Experimentell ermittelte Lebensdauerkennlinien 5.3.1 Typische Lebensdauerkennlinie von Schraubenverbindungen 5.3.2 Leiterwerkstoffe - Aluminium, Kupfer und deren Legierungen 5.3.3 Beschichtungswerkstoffe - Silber, Nickel, Zinn 6 Prüfverfahren 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Literaturverzeichnis 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis

Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen wächst das Bedürfnis nach zuverlässigen stromführenden Verbindungen. Im Elektroenergieversorgungsnetz sowie im Bordnetz von Elektrofahrzeugen treffen beim stromführenden Verbinden verschiedener Komponenten im Kontakt häufig unterschiedliche Leiter- oder Beschichtungswerkstoffe aufeinander. Dabei wird Aluminium aufgrund seiner geringen Dichte und relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit sowie der Verfügbarkeit und des geringeren Preises gegen-über Kupfer bevorzugt eingesetzt. Für Anwender ist dieser Leichtbauwerkstoff hinsichtlich des Kontakt- und Langzeitverhaltens herausfordernd. In der Vergangenheit wurden intermetallische Phasen zwischen Aluminium und Silber sowie zwischen Aluminium und Kupfer als vorrangige Ursache für auftretende Ausfälle von nicht stoffschlüssigen, stromführenden Verbindungen mit den entsprechenden Werkstoffkombinationen untersucht. Der dabei festgestellte Anstieg des Widerstands lässt sich jedoch nicht vollständig durch die wachsenden Phasen erklären. Das Ziel dieser Arbeit besteht deshalb darin, den Einfluss des Sauerstoffs auf die Alterung von stromführenden Bimetall-Verbindungen zu quantifizieren. Es wurden Schraubenverbindungen mit Stromschienen der Werkstoffkombinationen Ag-Al, Al-Cu, Sn-Al und Ni-Al untersucht. Durch Versuchsreihen in atmosphärischer Luft und in einer N2-Atmosphäre konnten für die jeweilige Werkstoffkombination Unterschiede im Langzeitverhalten aufgezeigt werden, die durch den von außen in die Verbindung eindringenden Sauerstoff entstehen. Die ablaufenden Prozesse unterscheiden sich dabei je nach Werkstoffkombination. Sauerstoff, der nach dem Fügen in die Kontaktebene gelangt, ist bei den Ag-Al- und Al-Cu-Verbindungen ausschlaggebend für das Erhöhen des Verbindungswiderstands. Im Gegensatz dazu reagiert in den Verbindungen mit Kontakten zwischen Zinn und Aluminium der bereits vor dem Fügen auf den Kontaktpartnern vorhandene Sauerstoff zu Al2O3. An den Verbindungen mit Kontakten zwischen Nickel und Alumini-um konnte kein Einfluss des Sauerstoffs festgestellt werden. Neben dem Flächenkontakt der Schraubenverbindung mit Stromschienen wurde der Punktkontakt in einer Modell-Verbindung untersucht. An diesem konnten aufgrund der nahezu konstanten Flächenpressung in der Kontaktebene Berechnungsmodelle für das Langzeitverhalten von Ag-Al- und Al-Cu-Verbindungen aufgestellt werden. Metallographische Untersuchungen wurden an Verbindungen mit Kontakten zwischen Silber und Aluminium sowie Zinn und Aluminium durchgeführt, um die elektrisch bestimmten Phänomene näher zu charakterisieren. Auf dem Kontaktpartner aus Aluminium einer gealterten Verbindung zwischen Zinn und Aluminium konnte mittels Transmissionselektronenmikroskopie eine Al2O3-Schicht sichtbar gemacht werden. Ist eine stromführende Verbindung gasdicht, kann dies bei den untersuchten Werkstoffkombinationen einen großen Einfluss auf das Langzeitverhalten haben. Die Ergebnisse bestehender Berechnungsmodelle zur Gasdichtigkeit von Verbindungen wurden mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Als Neuerung wurde ein zusätzliches Kriterium eingeführt, das es ermöglicht, nach 24 h bei Belastungstemperatur zu beurteilen, ob eine stromführende Verbindung gasdicht ist. Anwender aus der Elektroenergie-versorgung und der Automobilindustrie können so nach einer kurzen Belastungsdauer Aussagen zur Langzeitstabilität einer Verbindung ableiten.:1 Einleitung 2 Kontakt- und Langzeitverhalten stromführender Verbindungen 2.1 Allgemeine Kontakttheorie 2.2 Bilden der Mikrokontakte, Berechnen des Kontaktwiderstands 2.3 Alterung stromführender Verbindungen 2.3.1 Kraftabbau 2.3.2 Interdiffusion 2.3.3 Chemische Reaktionen 2.3.4 Weitere Einflüsse 3 Reaktionen zwischen Sauerstoff und Metallen der Elektroenergietechnik 3.1 Oxidation der Oberfläche 3.2 Umbilden von Oxiden an der Oberfläche 3.3 Innere Oxidation 3.4 Reaktionsprodukte des Sauerstoffs mit verschiedenen Metallen 3.4.1 Aluminium 3.4.2 Zinn 3.4.3 Nickel 3.4.4 Silber 3.4.5 Kupfer 3.5 Eindringen des Sauerstoffs 3.5.1 Diffusion von Sauerstoff 3.5.1.1 Modell nach Izmailov 3.5.1.2 Modell nach Dzektser 3.5.2 Berechnen der Gasdichtigkeit 4 Präzisierung der Aufgabenstellung 5 Langzeitversuche an Bimetall-Verbindungen 5.1 Versuchsaufbau und Durchführung 5.1.1 Punktkontakt 5.1.2 Flächenkontakt - Schraubenverbindungen mit Stromschienen 5.2 Versuchsergebnisse im System Ag-Al 5.2.1 Versuche an versilberten Aluminiumblechen 5.2.2 Punktkontakt mit zwei versilberten Kontaktpartnern aus Aluminium 5.2.3 Punktkontakt zwischen einem versilberten Kontaktpartner und einem blanken Kontaktpartner aus Aluminium 5.2.4 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen mit versilberten und blanken Stromschienen aus Aluminium 5.2.5 Diskussion der Ergebnisse 5.2.5.1 Einfluss der IMP 5.2.5.2 Einfluss des Sauerstoffs 5.3 Versuchsergebnisse im System Sn-Al 5.3.1 Punktkontakt mit einem verzinnten Kontaktpartner aus Kupfer und einem blanken Kontaktpartner aus Aluminium 5.3.2 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen zwischen verzinnten und blanken Stromschienen aus Aluminium 5.3.3 Diskussion der Ergebnisse 5.3.3.1 Einfluss der Vorbehandlung 5.3.3.2 Einfluss des Sauerstoffs aus der Umgebungsluft 5.3.3.3 Versagen der Oxidschicht 5.4 Versuchsergebnisse im System Ni-Al 5.4.1 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen zwischen vernickelten und blanken Stromschienen aus Aluminium 5.4.2 Diskussion der Ergebnisse 5.5 Versuchsergebnisse im System Al-Cu 5.5.1 Punktkontakt mit einem Kontaktpartner aus Kupfer und einem aus Aluminium 5.5.2 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen zwischen Stromschienen aus Aluminium und Kupfer 5.5.3 Diskussion der Ergebnisse 5.5.3.1 Einfluss der IMP 5.5.3.2 Einfluss des Sauerstoffs aus der Umgebungsluft 5.5.3.3 Einfluss der thermischen Dehnung 5.5.3.4 Einfluss der Montageparameter 6 Modellbildung zur Wirkung von Oxidschichten 6.1 Elektrischer Widerstand bei Alterung durch Oxidation 6.1.1 Punktkontakte zwischen Silber und Aluminium 6.1.2 Punktkontakte zwischen Kupfer und Aluminium 6.2 Gasdichtigkeit der untersuchten Verbindungen 7 Zusammenfassung 8 Ausblick 9 Verzeichnisse 10 Anhang / With the increasing electrification of vehicles, the demand for reliable current-carrying connections grows. In the electrical power grid as well as in the electric grid of an electric vehicle, different material combinations occur frequently, when current-carrying connections are joined. Aluminum is commonly applied due to its lightweight proper-ties and its price advantage compared to copper. For users, this lightweight material is challenging regarding its contact and long-term behavior. In the past, intermetallic compounds between aluminum and silver as well as between aluminum and copper have been investigated as possible cause for the emerging failures of firmly bonded, force-fitted, and force-form-fitted current-carrying connections. The witnessed rise in resistance cannot be explained completely by the growing intermetallic phases. Therefore, the goal of this work is to quantify the influence of oxygen on the aging of bimetallic connections. Bolted joints with busbars of the material combinations Ag-Al, Al-Cu, Sn-Al and Ni-Al were examined. Through test series in atmospheric air and in a N2-atmosphere, differences in the long-term behavior could be shown that result from oxygen entering into the contact interface from the outside. The processes taking place differ depending on the material combination. Oxygen entering into the connection after the joining is responsible for the rise in resistance in Ag-Al- and Al-Cu-connections. In contrast, the oxygen which is already present in the contact interface before the joining reacts to Al2O3 in connections between tin and aluminum. No influence of the oxygen was detected in connections between nickel and aluminum. Beside the flat surface contacts of the bolted joints with busbars, a model geometry with a point contact was examined. Due to the uniform surface pressure over the entire contact surface, a calculation model of the long-term behavior for Ag-Al- and Al-Cu-connections was set up based on these connections. Metallographic investigations were performed on Ag-Al- and Sn-Al-connections for further analysis of the electrically measured phenomena. An Al2O3-layer was visualized by transmission electron microscopy on the aluminum contact member of an aged connection between tin and aluminum. If a current-carrying connection of the examined material combinations is joined in a gas-tight manner, it can have a great effect on the long-term behavior. The results of existing calculation models on gas-tightness were compared to the experimental results. In addition, a novel criterion was introduced. It enables to evaluate after 24 h at loading temperature whether a current-carrying connections is gas-tight. Users in the electrical power system and the automotive industry can thereby derive predictions on a connection’s long-term stability after a short loading time.:1 Einleitung 2 Kontakt- und Langzeitverhalten stromführender Verbindungen 2.1 Allgemeine Kontakttheorie 2.2 Bilden der Mikrokontakte, Berechnen des Kontaktwiderstands 2.3 Alterung stromführender Verbindungen 2.3.1 Kraftabbau 2.3.2 Interdiffusion 2.3.3 Chemische Reaktionen 2.3.4 Weitere Einflüsse 3 Reaktionen zwischen Sauerstoff und Metallen der Elektroenergietechnik 3.1 Oxidation der Oberfläche 3.2 Umbilden von Oxiden an der Oberfläche 3.3 Innere Oxidation 3.4 Reaktionsprodukte des Sauerstoffs mit verschiedenen Metallen 3.4.1 Aluminium 3.4.2 Zinn 3.4.3 Nickel 3.4.4 Silber 3.4.5 Kupfer 3.5 Eindringen des Sauerstoffs 3.5.1 Diffusion von Sauerstoff 3.5.1.1 Modell nach Izmailov 3.5.1.2 Modell nach Dzektser 3.5.2 Berechnen der Gasdichtigkeit 4 Präzisierung der Aufgabenstellung 5 Langzeitversuche an Bimetall-Verbindungen 5.1 Versuchsaufbau und Durchführung 5.1.1 Punktkontakt 5.1.2 Flächenkontakt - Schraubenverbindungen mit Stromschienen 5.2 Versuchsergebnisse im System Ag-Al 5.2.1 Versuche an versilberten Aluminiumblechen 5.2.2 Punktkontakt mit zwei versilberten Kontaktpartnern aus Aluminium 5.2.3 Punktkontakt zwischen einem versilberten Kontaktpartner und einem blanken Kontaktpartner aus Aluminium 5.2.4 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen mit versilberten und blanken Stromschienen aus Aluminium 5.2.5 Diskussion der Ergebnisse 5.2.5.1 Einfluss der IMP 5.2.5.2 Einfluss des Sauerstoffs 5.3 Versuchsergebnisse im System Sn-Al 5.3.1 Punktkontakt mit einem verzinnten Kontaktpartner aus Kupfer und einem blanken Kontaktpartner aus Aluminium 5.3.2 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen zwischen verzinnten und blanken Stromschienen aus Aluminium 5.3.3 Diskussion der Ergebnisse 5.3.3.1 Einfluss der Vorbehandlung 5.3.3.2 Einfluss des Sauerstoffs aus der Umgebungsluft 5.3.3.3 Versagen der Oxidschicht 5.4 Versuchsergebnisse im System Ni-Al 5.4.1 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen zwischen vernickelten und blanken Stromschienen aus Aluminium 5.4.2 Diskussion der Ergebnisse 5.5 Versuchsergebnisse im System Al-Cu 5.5.1 Punktkontakt mit einem Kontaktpartner aus Kupfer und einem aus Aluminium 5.5.2 Flächenkontakt – Schraubenverbindungen zwischen Stromschienen aus Aluminium und Kupfer 5.5.3 Diskussion der Ergebnisse 5.5.3.1 Einfluss der IMP 5.5.3.2 Einfluss des Sauerstoffs aus der Umgebungsluft 5.5.3.3 Einfluss der thermischen Dehnung 5.5.3.4 Einfluss der Montageparameter 6 Modellbildung zur Wirkung von Oxidschichten 6.1 Elektrischer Widerstand bei Alterung durch Oxidation 6.1.1 Punktkontakte zwischen Silber und Aluminium 6.1.2 Punktkontakte zwischen Kupfer und Aluminium 6.2 Gasdichtigkeit der untersuchten Verbindungen 7 Zusammenfassung 8 Ausblick 9 Verzeichnisse 10 Anhang

Lors de l'étude du comportement des systèmes mécaniques, les modèles mathématiques et les paramètres structuraux sont généralement considérés déterministes. Néanmoins, le retour d'expérience montre que ces éléments sont souvent incertains, dû à une variabilité naturelle ou manque de connaissance. La quantification de la qualité et la fiabilité du modèle numérique d'un assemblage industriel reste alors une question majeure en dynamique basse-fréquence. L'objectif de cette thèse est d'améliorer le dimensionnement vibratoire des assemblages boulonnés par la mise en place d'un modèle dynamique de connecteur prenant en compte différents types et sources d'incertitudes sur des paramètres de raideur, de manière simple, efficace et exploitable dans un contexte industriel. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet SICODYN, piloté par EDF R&D, visant à caractériser et quantifier les incertitudes sur le comportement dynamique des assemblages industriels boulonnés sous les aspects numérique et expérimental. Des études comparatives de plusieurs méthodes numériques de propagation d'incertitudes montrent l'avantage de l'utilisation de la théorie des méconnaissances. Une caractérisation expérimentale des incertitudes dans les structures boulonnées est réalisée sur un banc d'essai dynamique et sur un assemblage industriel. La propagation de plusieurs faibles et fortes incertitudes à travers différents modèles dynamiques d’assemblages mécaniques permet d'aboutir à l’évaluation de l'efficacité de la théorie des méconnaissances et son applicabilité en milieu industriel. / When studying the behaviour of mechanical systems, mathematical models and structural parameters are usually considered deterministic. Return on experience shows however that these elements are uncertain in most cases, due to natural variability or lack of knowledge. Therefore, quantifying the quality and reliability of the numerical model of an industrial assembly remains a major question in low-frequency dynamics. The purpose of this thesis is to improve the vibratory design of bolted assemblies through setting up a dynamic connector model that takes account of different types and sources of uncertainty on stiffness parameters, in a simple, efficient and exploitable in industrial context. This work has been carried out in the framework of the SICODYN project, led by EDF R&D, that aims to characterise and quantify, numerically and experimentally, the uncertainties in the dynamic behaviour of bolted industrial assemblies. Comparative studies of several numerical methods of uncertainty propagation demonstrate the advantage of using the Lack-Of-Knowledge theory. An experimental characterisation of uncertainties in bolted structures is performed on a dynamic test rig and on an industrial assembly. The propagation of many small and large uncertainties through different dynamic models of mechanical assemblies leads to the assessment of the efficiency of the Lack-Of-Knowledge theory and its applicability in an industrial environment.

The diploma thesis deals with the design of a main load-bearing steel structure of the lookout tower with the height 35,5 m. Two different types of solution were designed. The first design is a spacial truss structure and the second design is a fixed solid cantilever. The first solution was chosen to be further developed. The truss structure has square plan that varies with height. The width is 6,6 m in the level of supports and 3,6 m in the narrowest section. Main bearing members are five pin-supported columns. The base material is steel of class S355.

Pour alléger les véhicules, des structures multi-matériaux utilisant des matériaux composites sont envisagées par les industriels automobiles. Les liaisons sont les points faibles de ces structures. Dans ce travail de thèse, le boulonnage, la fixation par insert et le collage utilisés dans l’assise d’un siège automobile en métal/composite ont été étudiés. Les pièces envisagées de l’assise ont été réalisées en composite tissé (verre/ PA6) et en composite injecté (verre/PA66). Y compris pour les films adhésifs, les lois de comportement ont été établies à partir d’essais expérimentaux. Pour les pièces munies d’un trou et pour la liaison boulonnée, le volume critique déterminant la rupture du composite tissé a été utilisé dans les calculs numériques. Dans le cas du collage, la distance critique déterminant la rupture de l’adhésif a aussi été considérée. Des éprouvettes de simple recouvrement et des triangles collés soumis à la torsion ont été testés et simulés. Pour la rupture d’une pièce en composite injecté à fibres courtes, la résistance mécanique du matériau a été évaluée en fonction de l’orientation locale des fibres. Une bielle en composite injecté a été testée et calculée. Les lois de comportement et les méthodes de prédiction de rupture établies ont été utilisées dans le calcul numérique du siège soumis à l’essai de choc. / To reduce the weight of vehicles, the multi-material structures with composite materials have been used in the automotive industries. However, the joints are considered as the weakest parts of the structure. In this work, the joining methods used for metal/ composite automotive seat, including a mechanical joint, a threaded insert and an adhesive joint, have been studied. The components of the seat under consideration were made of woven composite (glass/PA6) and short fiber composite (glass/PA66). The mechanical behaviors of the studied materials, including adhesives, have been modeled based on the experimental results. For parts containing an open-hole and for mechanical joints, the characteristic volume has been used to determine the failure of woven composite. In the case of adhesive joints, the characteristic length has been used to determine the failure. Single lap shear tests and the torsion tests on a bonded structure were conducted and simulated. For the failure of short fiber composite structure, the material strength has been evaluated as a function of local fiber orientation. The tensile tests on the short fiber composite connecting rod were conducted and simulated. Finally, the proposed constitutive laws and failure prediction methods were applied for the simulation of the automotive seat under crash test condition.