Calcul par éléments finis pour joint à 500 bar

Étude numérique par éléments finis d’un joint d'étanchéité destiné à une application haute pression. L’objectif était d’évaluer différentes géométries de joint sur les plans mécanique et fonctionnel, afin de sélectionner une solution offrant un bon compromis entre capacité d’étanchéité, résistance à l’extrusion, et efforts de montage. La géométrie A Seal a été retenue pour la suite de l’étude.

Cette étude a consisté à analyser le comportement d’un joint de type A Seal soumis à des conditions de chargement sévères, représentatives d’une application haute pression. La démarche a reposé sur une modélisation 2D axisymétrique par éléments finis, à partir de la géométrie CAO du joint et de la cavité associée.

Le modèle a été construit de manière cohérente pour comparer plusieurs variantes géométriques dans des conditions de calcul identiques.

Le matériau du joint, FiPur111, a été modélisé à l’aide d’une loi hyperélastique de type Marlow, identifiée à partir d’essais de traction. Une dépendance en température a également été intégrée pour vérifier le comportement du joint sur une plage d’utilisation étendue.

Les parties métalliques de la cavité ont été considérées comme rigides afin de concentrer l’analyse sur le comportement propre de l’élastomère.
Le calcul a été mené avec prise en compte des non-linéarités géométriques et matériau, ainsi que des contacts avec frottement entre le joint, l’arbre et l’alésage.

Plusieurs phases ont été simulées : assemblage du joint, mise en place dans la cavité, application de pression, déplacements axiaux, ouverture de jeu et déformation radiale.

Cette séquence permet d’évaluer à la fois la tenue du joint en service et son comportement pendant l’assemblage.

Les critères de validation retenus portaient sur l’absence d’extrusion excessive dans le jeu, le maintien des déformations sous la limite admissible du matériau, la présence d’une pression de contact supérieure à la pression fluide sur une largeur suffisante, et des efforts d’assemblage compatibles avec l’application.

Les résultats ont montré que la solution A Seal offrait le meilleur équilibre entre performance d’étanchéité, stabilité mécanique et robustesse vis-à-vis des conditions de fonctionnement.