Connexions en aluminium dans IDEA StatiCa

Cela peut être réalisé en créant un nouveau matériau défini par l'utilisateur basé sur les propriétés du matériau aluminium dans les zones affectées thermiquement (ZAT), en appliquant le modèle de matériau bilinéaire correct, et en utilisant les vérifications des boulons et des soudures conformément à la norme 1993-1-8.

L'aluminium est de plus en plus utilisé en génie des structures grâce à sa faible densité, sa résistance à la corrosion et sa durabilité à long terme. En même temps, l'aluminium se comporte fondamentalement différemment de l'acier, notamment dans les zones soudées. Le concepteur doit tenir compte de l'adoucissement de la ZAT, de la ductilité réduite et de la forte dépendance de la résistance à l'alliage et à l'état métallurgique.

IDEA StatiCa Connection peut prendre en charge le dimensionnement en aluminium si le comportement spécifique est correctement représenté dans le modèle.

Matériau

Bien que l'aluminium ait la même forme de diagramme de matériau, il nécessite une saisie supplémentaire de la part de l'utilisateur car ses propriétés mécaniques sont fortement influencées par :

• l'alliage et l'état métallurgique,
• l'épaisseur,
• l'historique du traitement thermique,
• le soudage et la zone affectée thermiquement (ZAT) qui en résulte.

Limite d'élasticité conventionnelle (f₀) et résistance à la traction (fᵤ)

La limite d'élasticité conventionnelle (équivalente à la limite d'élasticité de l'acier) et la résistance à la traction varient selon chaque alliage et état métallurgique. Ces valeurs doivent être extraites de l'EN 1999‑1‑1 et saisies manuellement lors de la définition d'un matériau utilisateur.

Zone affectée thermiquement (ZAT)

Le soudage réduit significativement la résistance de l'aluminium, souvent de 40 à 60 % dans les zones autour des soudures appelées zones affectées thermiquement. IDEA StatiCa ne détecte pas automatiquement les zones ZAT, l'utilisateur doit donc les spécifier explicitement.

Il existe deux options :

• Attribuer un matériau distinct avec des résistances ZAT réduites aux régions soudées concernées, ou
• attribuer les propriétés ZAT à l'ensemble de l'assemblage, ce qui est conservateur mais pratique et reflète le fait que la plupart des ruptures se produisent dans ou à proximité de la ZAT.

Diagramme de matériau

L'aluminium présente une ductilité nettement inférieure à celle de l'acier. Pourle dimensionnement des structures dans IDEA StatiCa, les observations suivantes ont été formulées :

• Étant donné que la plasticité de l'alliage d'aluminium dépend fortement de l'état métallurgique, la plage de plasticité ultime varie considérablement selon les procédés de mise en forme. Nous ne pouvons pas fournir d'indication générale sur la déformation plastique limite pour tous les alliages. 
• Si l'utilisateur souhaite utiliser une analyse plastique, la limite de déformation plastique des plaques est laissée à la discrétion de l'utilisateur.
• La plage des déformations d'ingénierie et de rupture à la limite ultime est présentée ci-dessous.

Pour les alliages d'aluminium de construction typiques, la déformation d'ingénierie ultime (uniforme) se situe généralement dans la plage de 4 à 10 %, tandis que la déformation totale à la rupture (allongement après rupture) est typiquement dans la plage de 9 à 18 %, selon la série d'alliage et le traitement thermique.

Module d'écrouissage E₁

Pour l'aluminium, le module d'écrouissage E₁ n'est pas constant et doit être déterminé à partir de fᵤ, f₀, ε_u, ε_p. Cela diffère de l'acier, mais IDEA StatiCa utilise la relation fixe E₁ = E / 1000 et ne peut pas être modifiée.

Qu'est-ce que cela signifie en pratique ?

La déformation plastique limite doit être modifiée dans les paramètres du projet.

Pour créer un matériau aluminium, vous devez accéder à l'onglet Matériaux, Copier un matériau existant et Modifier.

Les propriétés du matériau doivent ensuite être ajustées en fonction des spécificités de l'aluminium.Si l'assemblage comprend des soudures, les valeurs ZAT  f_0,haz et f_u,haz doivent être prises en compte.

Les matériaux définis par l'utilisateur peuvent être enregistrés dans la bibliothèque MPRL, où ils sont disponibles pour une utilisation dans tous les projets futurs dans IDEA StatiCa Connection.

Coefficients partiels

Pour la vérification ELU des matériaux, des boulons et des soudures, les coefficients sont identiques entre les normes – compatibilité garantie.

Boulons standard

La plupart des vérifications de boulons dans l'EN 1999‑1‑1 utilisent les mêmes équations et paramètres que l'EN 1993‑1‑8. Cela signifie que :

• Les vérifications de boulons existantes d'IDEA StatiCa sont entièrement applicables aux assemblages en aluminium.
• La seule différence concerne le facteur de résistance à la traction k₂ pour les boulons fraisés et les boulons en aluminium.
  Ces types ne sont pas pris en charge dans IDEA StatiCa Connection, ni les rivets.

Pour les boulons en acier standard (le choix typique dans les structures en aluminium), toutes les vérifications restent valides.

Veuillez noter que l'EN 1999 exige explicitement une protection contre la corrosion galvanique lorsque l'aluminium est en contact avec d'autres métaux tels que l'acier.

Boulons précontraints (à friction)

Le coefficient de frottement selon l'EN 1993-1-8 est basé sur les surfaces/traitements de frottement. Le coefficient de frottement selon l'EN 1999-1-1 est basé sur l'épaisseur des surfaces de frottement. 

Dans IDEA StatiCa, le coefficient de frottement μ peut être défini directement dans les paramètres du projet, de sorte que les valeurs peuvent être appliquées sans limitation.

Soudures

Lorsque le soudage est impliqué, la zone affectée thermiquement (ZAT) subit une réduction significative de la résistance due à la dégradation du matériau. Ces zones ne sont pas automatiquement reconnues par l'application, les utilisateurs doivent donc les représenter explicitement.

Cela peut être réalisé en :

• définissant un matériau ZAT distinct et en l'attribuant à la partie concernée de la plaque.
• appliquant de manière conservative les propriétés ZAT à l'ensemble de l'assemblage, ce qui évite des modifications géométriques complexes

La condition de plasticité de Von-Mises est utilisée comme critère de rupture dans IDEA StatiCa. Elle est conforme à l'hypothèse de l'EN 1993-1-8. Les soudures doivent avoir un matériau assigné correspondant à la résistance ZAT.

Conclusion 

✅ Les coefficients partiels pour les matériaux, les boulons et les soudures sont cohérents entre l'EN 1999‑1‑1 et l'EN 1993‑1‑8.

⚠️ Les matériaux en aluminium ne sont pas intégrés et doivent être définis par l'utilisateur, y compris les résistances ZAT correctes.

⚠️  La limite de déformation plastique doit être prise de manière conservative. La déformation plastique pour l'analyse dépend fortement de l'état métallurgique et du procédé de mise en forme.

❌ Le module d'écrouissage E₁ dépend de fᵤ, f₀, ε_el, ε_max pour l'aluminium. IDEA StatiCa utilise la relation fixe qui ne peut pas être modifiée. Un faible écrouissage dans IDEA StatiCa est conservateur.

✅ Les vérifications normatives pour les boulons en acier standard et précontraints sont compatibles avec la configuration actuelle dans IDEA StatiCa.

✅ Les vérifications des soudures sont compatibles.

⚠️ Les zones ZAT doivent être définies explicitement, ou l'ensemble de l'assemblage peut utiliser de manière conservative les propriétés ZAT.

⚠️ La solution pour les assemblages en aluminium n'a pas été vérifiée. 

Remarque : Une explication plus détaillée de ce sujet est fournie dans le document PDF.