GÉNIE MÉCANIQUE Calibrations statique et dynamique d'un ressort ...
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PROJET EN ENTREPRISE Superviseur EPFL Dr. Alain SCHORDERET SECTION DE GÉNIE MÉCANIQUE Calibrations statique et dynamique d’un ressort fonctionnel et du frottement d’un palier lisse Yves-Alain COSANDIER Projet de Master en Génie Mécanique – Printemps 2013 Motivations et objectifs Calibration statique d’un ressort à lame . Calibration dynamique du ressort à lame Calibrations du frottement d’un palier lisse Ce travail a permis de développer des méthodes de calibrations pour le comportement statique et dynamique d’un ressort à lame et du frottement d’un palier lisse. Les paramètres numériques ont pu être caractérisés, néanmoins, il faut apporter plusieurs améliorations afin d’augmenter la précision des calibrations. Ces paramètres calibrés seront ensuite implémentés dans des modèles numériques du système complet. A long terme, ils serviront de modèles prévisionnelles pour les ingénieurs dans le but d’améliorer la qualité du système à moindre coût et délai. Synthèse Le comportement dynamique du ressort a une influence pour que le système reste fonctionnel lors d’un choc. Sa raideur est déterminée dans la calibration statique et son amortissement structurel est déterminé à l’aide d’un test de choc élaboré. On impacte le ressort à l’aide d’une bille et on mesure sa réponse en déplacement à partir d’une caméra rapide. Ensuite, on simule l’essai par un modèle numérique et, par ingénierie inverse, on va superposer la réponse numérique à celle mesurée expérimentalement dans le but d’extraire le paramètre d’amortissement. On utilise un test du « pendule » avec une pièce fixe et une pièce mobile qui sont liées par un palier lisse qui fait office d’axe de rotation. L’amortissement des oscillations du pendule mesurées par caméra rapide nous permet de caractériser le frottement de la liaison mécanique. La simulation permet d’évaluer les efforts d’actionnement du système et d’analyser la distribution des contraintes lors de l’essai. Le comportement statique du ressort est fortement dépendant des propriétés intrinsèques de la matière, de son procédé de fabrication, de sa géométrie et au type de déformations imposées par les composants du système en contact. Il a fallu séquencer la calibration en trois parties afin de maitriser l’influence de sa matière, de sa géométrie et de son environnement sur son comportement. La caractérisation matière a été réalisée à partir d’un essai de flexion trois points. La raideur du ressort est obtenue par un essai de flexion qui est appliqué sur le ressort fini, ce qui permet d’obtenir le comportement statique du ressort pour une sollicitation très proche de celle rencontrée dans le système en minimisant les interactions qu’on retrouve dans l’assemblage. A la suite de l’étude statique de l’actionnement, il faut envisager une analyse en fatigue pour déterminer la limite d’endurance du matériau pour prévoir que le ressort reste fonctionnel à un haut nombre de cycles. -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Déplacement [mm] Temps [s] Essai expérimental Simulation numérique Ce projet de master s’inscrit dans le cadre d’un projet de simulation numérique d’un systèmes mécanique complexe. L’objectif final de cette étude est de prévoir, à partir de méthodes numériques, le comportement de ce système pour des sollicitations statiques et dynamiques. Le but est de fournir aux ingénieurs les informations nécessaires afin d’orienter leur conception pour que le système reste fonctionnel. Cependant, pour que la modélisation de ce systèmes soit suffisamment pertinente, il est nécessaire de calibrer et valider les grandeurs physiques utilisées dans la simulation à partir de systèmes mécaniques plus élémentaires. Le sujet du projet est centré, en particulier, sur les calibrations statique et dynamique du comportement d’un ressort à lame et du frottement d’un palier lisse. Pour mener à bien chaque calibration, il a fallu concevoir un système réel, son modèle numérique associé et mettre en place une procédure permettant de déterminer les paramètres numériques. Démarche générale de calibration par ingénierie inverse Système mécanique
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PROJET EN ENTREPRISE
Superviseur EPFL
Dr. Alain SCHORDERET
SECTION DE
GÉNIE MÉCANIQUE
Calibrations statique et dynamique d’un ressort fonctionnel et du
frottement d’un palier lisse Yves-Alain COSANDIER
Projet de Master en Génie Mécanique – Printemps 2013
Motivations et objectifs Calibration statique d’un ressort à lame
.
Calibration dynamique du ressort à lame
Calibrations du frottement d’un palier lisse
Ce travail a permis de développer des méthodes de calibrations pour le comportement statique et dynamique d’un ressort à lame et du frottement d’un palier lisse. Les paramètres numériques ont pu être caractérisés,
néanmoins, il faut apporter plusieurs améliorations afin d’augmenter la précision des calibrations. Ces paramètres calibrés seront ensuite implémentés dans des modèles numériques du système complet. A long terme, ils
serviront de modèles prévisionnelles pour les ingénieurs dans le but d’améliorer la qualité du système à moindre coût et délai.
Synthèse
Le comportement dynamique du ressort a une
influence pour que le système reste fonctionnel
lors d’un choc. Sa raideur est déterminée dans
la calibration statique et son amortissement
structurel est déterminé à l’aide d’un test de
choc élaboré. On impacte le ressort à l’aide
d’une bille et on mesure sa réponse en
déplacement à partir d’une caméra rapide.
Ensuite, on simule l’essai par un modèle
numérique et, par ingénierie inverse, on va
superposer la réponse numérique à celle
mesurée expérimentalement dans le but
d’extraire le paramètre d’amortissement.
On utilise un test du « pendule » avec une
pièce fixe et une pièce mobile qui sont
liées par un palier lisse qui fait office d’axe
de rotation.
L’amortissement des oscillations du
pendule mesurées par caméra rapide nous
permet de caractériser le frottement de la
liaison mécanique.
La simulation permet d’évaluer les efforts d’actionnement du système et d’analyser la distribution des
contraintes lors de l’essai. Le comportement statique du ressort est fortement dépendant des propriétés
intrinsèques de la matière, de son procédé de fabrication, de sa géométrie et au type de déformations
imposées par les composants du système en contact. Il a fallu séquencer la calibration en trois parties afin
de maitriser l’influence de sa matière, de sa géométrie et de son environnement sur son comportement.
La caractérisation matière a été réalisée à partir
d’un essai de flexion trois points. La raideur du
ressort est obtenue par un essai de flexion qui est
appliqué sur le ressort fini, ce qui permet
d’obtenir le comportement statique du ressort
pour une sollicitation très proche de celle
rencontrée dans le système en minimisant les
interactions qu’on retrouve dans l’assemblage.
A la suite de l’étude statique de l’actionnement, il
faut envisager une analyse en fatigue pour
déterminer la limite d’endurance du matériau pour
prévoir que le ressort reste fonctionnel à un haut
nombre de cycles.
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0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
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Temps [s]
Essai expérimental
Simulation numérique
Ce projet de master s’inscrit dans le cadre d’un projet de simulation numérique d’un systèmes mécanique
complexe. L’objectif final de cette étude est de prévoir, à partir de méthodes numériques, le
comportement de ce système pour des sollicitations statiques et dynamiques. Le but est de fournir aux
ingénieurs les informations nécessaires afin d’orienter leur conception pour que le système reste
fonctionnel. Cependant, pour que la modélisation de ce systèmes soit suffisamment pertinente, il est
nécessaire de calibrer et valider les grandeurs physiques utilisées dans la simulation à partir de systèmes
mécaniques plus élémentaires. Le sujet du projet est centré, en particulier, sur les calibrations statique et
dynamique du comportement d’un ressort à lame et du frottement d’un palier lisse. Pour mener à bien
chaque calibration, il a fallu concevoir un système réel, son modèle numérique associé et mettre en place
une procédure permettant de déterminer les paramètres numériques.
Démarche générale de calibration par ingénierie inverse
Système
mécanique
