Choix d'un matériau

Après une première mise sur le marché en 2007, le fabriquant a apporté des modifications à son sytsème d'ouverture sur une nouvelle version disponible à partir de 2011.

Démarche de reconception - relation produit-procédé-matériau

Produit - L'évolution du design nécessité de s’aligner sur la concurrence qui gagne des parts de marché. Le choix de formes plus techniques et plus douces est une réponse au besoin implicite des utilisateurs.



Procédé - L’évolution des formes impose le procédé de moulage.



Matériau - Les critères de choix que nous retiendrons sont :

• La résistance mécanique du bras aux efforts,
• Utilisation en extérieur,
• Matériau compatible avec le procédé de mise en œuvre,
• Coût,
• Choix d’un matériau recyclable.

 

1 - Identification des sollicitations

= 10 min

Suite à l'étude statique du portail réalisé dans la partie Etude statique, en mode fermeture, le modèle doit être le suivant:



En rouge: les forces s'exerçant sur le vantail,

En bleu: les forces s'exerçant sur le bras de poussée.

Question 1.1 - Déterminer le type de sollicitations à l'intérieur du bras 4, lorsque le portail est en phase de fermeture. Justifier votre réponse.

Question 1.2 - Déterminer le type de sollicitations à l'intérieur du bras 4, lorsque le portail est en phase d'ouverture. Justifier votre réponse.

Question 1.3 - Si l'on assimile le vantail à une poutre. Déterminer le type de sollicitation au quel est soumis le vantail en phase de fermeture.

Question 1.4 - Au point A, le motoréducteur exerce un couple pour l'ouverture ou la fermeture du vantail. Déterminer le type de sollicitation au quel est soumis le bras motorisé.

2 - Simulation SolidWorks

= 40 min

Afin de connaitre la résistance mécanique du bras aux efforts, vous allez réaliser une simulation pour connaitre la contrainte maximale subit par la pièce.

Le bras est soumis à deux actions mécaniques, d'après le PFS, la direction des efforts est donc la droite (BC).

Suite à une simulation, l'effort maximal est identifié à 400 N lors de la fermeture.

Démarrer SolidWorks et charger le fichier bras_portail zippé ci-dessous.



Il faut d'abord créer un axe avec la géométrie de référence matérialisant la droite BC.



Pour cela, à l'aide de la géométrie de référence :

• Au niveau de la chape, créer un plan milieu 10, puis un axe 3 et à l'intersection des deux un point 3 correspondant au point B du modèle :



• De l'autre côté de la pièce, créer un pointau milieu du cylindre correspondant au point C du modèle :



• Enfin créer un axe entre les deux points qui vous servira à indiquer l'orientation de l'effort.

Choisir un matériau quelconque pour la simulation.

Mettre en place la géométrie fixe sur le cylindre du point C et l'effort (attention à son orientation) sur les cylindres du point B.

Question 2.1 - Insérer des captures d'écran permettant de mettre en évidence la géométrie fixe et la force mise en place.

Avant d'exécuter la simulation, nous allons modifier les paramètres du maillage (découpage de la pièce en petites parties). Pour cela faire un clic droit sur Maillage puis sélectionner Créer le maillage :

Dans Paramètres de maillage, sélectionner Maillage raccordé basé sur la courbure puis valider.



Exécuter la simulation.

Question 2.2 - Insérer une capture d’écran de la contrainte max. Relever la valeur.

Question 2.3 - Calculer la limite élastique du matériau retenu pour fabriquer le bras avec un coefficient de sécurité de 2,1.

3 - Choix du matériau avec CES Edupack

= 60 min

Le Logiciel Ces Edupack est une base de données regroupant l'ensemble des matériaux, toutes leurs caractéristiques ainsi que les différents procédés d'obtention d'une pièce. Il permet d'effectuer un choix fonction des contraintes ou critères de départ.

Critères retenus pour le choix du matériau du bras :

• Résistance mécanique du bras aux efforts : limite élastique minimum 90 Mpa.
• Résistance à une utilisation en extérieur :
• Résistance à l’eau : excellente,
• Résistance au sel : acceptable,
• Résistance aux radiations UV : excellente.
• Matériau compatible avec le procédé de mise en œuvre : moulage.
• Coût : idéalement minimal.
• Environnement : choix d’un matériau recyclable.

 

Lancer le logiciel CES Edupack 2013

Choisir le Niveau 2 - Intermédiaire en Français.

Première étape - Choix du type de graphique souhaité

Cliquer sur puis sélectionner dans le menu déroulant de la partie 1. Selection Data, Univers des matériaux : Edu niveau 2 avec propriétés de durabilité comme base du nouveau projet.

Dans la partie 2. Selection Stages, cliquer sur .

Nous allons présenter les matériaux possibles sous forme de graphique avec deux critères :

• Le prix en ordonnée (Axe Y)
• La résistance élastique en abscisse (Axe X).

       

Vous obtenez alors un graphique représentant la plage de chaque matériau :



Il va falloir maintenant réduire les possibilités fonction des autres critères.

 

Deuxième étape - Choix du procédé

Dans la partie 2. Selection Stages, cliquer sur pour ajouter une restriction sur le procédé d'obtention de la pièce.

Dans l'Univers des procédés sélectionner le moulage sous pression, cliquer sur Insert puis sur OK.



Les résultats possibles qui apparaissent sous la zone des critères se réduit.

Question 3.1 - Avec les critères sélectionnés pour le moment, combien de famille de matériaux reste-il. Combien y en avait-il au départ ?

Cliquer sur puis dans l'arborescence à gauche rechercher le moulage sous pression sélectionné précédemment.

Question 3.2 - Expliquer brièvement, sans faire de copier coller, le principe du procédé retenu.

Question 3.3 - Dans la partie Informations complémentaires, relever deux points qui vous semble être des avantages et deux points qui sont des inconvénients pour ce type de procédé.

Revenir au graphique en cliquant sur l'onglet Stage 1.



Cliquer sur (Hide Failed Records) pour cacher les matériaux qui ne sont pas retenus

Avec l'outil , faire un zoom en encadrant les matériaux restants.

Vous pouvez cliquer sur les ellipses pour que le nom de la famille de matériaux s'affiche :



 

Troisième étape - Autres restrictions et contraintes

Dans la partie 2. Selection Stages, cliquer sur pour ajouter une restriction sur les propriétés de la pièce.

Dans les sections Durabilité, traduire les critères suivants retenus en cochant les cases appropriées :

Résistance à une utilisation en extérieur :

• Résistance à l’eau : excellente,
• Résistance au sel : acceptable,
• Résistance aux radiations UV : excellente.

Question 3.4 - Insérer une capture d'écran de vos choix.

Valider pour affiner le choix de matériaux.

Question 3.5 - En tenant compte du critère de coût, quel matériau peut être mis de côté ?

 

Quatrième étape - Limite élastique minimum

Vous allez insérer une ligne verticale indiquant la valeur minimale de la limite élastique.

Avec l'outil Gradient-Line Selection  insérer une ligne en cliquant sur OK puis en cliquant n'importe où sur le graphique. Par défaut la ligne insérée à une pente de 1.

Pour modifier l'orientation de la droite, cliquer sur Properties puis dans l'onglet Selection, cocher Vertical et indiquer l'abscisse en X correspondant à la limite élastique minimale.



Attention l'échelle est logarithmique, elle n'est donc pas régulière :



Question 3.6 - Insérer une capture d'écran de votre graphique.

Question 3.7 - Afin de respecter la limite élastique, préciser l'alliage et le numéro des séries qui peuvent être utilisées (Effectuer un double clic sur les matériaux).

Question 3.8 - A l'aide des propriétés du matériau, vérifier s'il est recyclable, dernier critère à respecter.

Question 3.9 - Pour résumer, quels sont d’après vous les principaux critères justifiant l’utilisation de ce matériau pour la nouvelle version du bras de portail ?

 

4 - Rendu de votre travail

Enregistrer ou générer votre compte rendu en format pdf.

Renommer le fichier avec vos deux prénoms.

Copier votre fichier pdf dans le repértoire Restiution de devoirs du répertoire classe sur le réseau.