RdM Matrice de choix : Simulation Guidance

Problématique On désire réaliser une équerre de fixation d’étagère contemporaine (matériaux actuels, formes épurées) répondant au cahier des charges suivant :  Fixation au mur par deux vis  Charge maximale admise : 10 kg  Masse maximale de l’équerre : 200 g  Contrainte maximale sous charge : limite d’élasticité non atteinte  Déplacement maximal sous charge : < 1 mm

Problématique Plusieurs solutions ont d’ores et déjà été retenues… Votre travail va consister à vérifier leur compatibilité avec le cahier des charges en simulant leur comportement sous charge en fonction des trois matériaux retenus suivants :  L’acier : matériau métallique aux qualités éprouvées, robuste, peu coûteux (le fer qui le constitue est la matière première la plus abondante sur Terre), peut être usiné ou déformé (à froid ou à chaud), facilement recyclable.  L’aluminium : matériau métallique en vogue, léger, pouvant recevoir une finition de qualité (anodisation), compatible avec de nombreux procédés de fabrication dont le moulage.

Problématique Plusieurs solutions ont d’ores et déjà été retenues… Votre travail va consister à vérifier leur compatibilité avec le cahier des charges en simulant leur comportement sous charge en fonction des trois matériaux retenus suivants :  Le PMMA (ou verre acrylique) : plus connu sous le nom de Plexiglass, ce matériau plastique offre des qualités mécaniques et une transparence accrues qui en font un matériau de choix pour les designers, recyclable, pouvant être moulé ou thermoformé.

Lancer SolidWorks Double-cliquer sur l’icône suivant pour lancer l’application :

Ouvrir un fichier existant Ouvrir le fichier pièce nommé : Equerre1.sldprt  Vous le trouverez dans le sous-dossier « Modèle_1 » du dossier « Equerres_SW2010 »…

Appliquer un matériau Cliquer avec le bouton droit de la souris sur « Matériau » dans l’arbre de construction à gauche puis choisir, dans le menu contextuel, « Editer le matériau » :

Appliquer un matériau Choisir un acier type AISI 1020 puis valider :

Renommer le fichier Enregistrer ce premier fichier sous la forme : Equerre1_VOTRE NOM

Obtenir la masse de la pièce Dans le menu « Outils », choisir « Propriétés de masse… » :  Relever la masse de la pièce, en gramme, sur le document réponses DR1…  Fermer la fenêtre des propriétés de masse.

Créer une étude Nommer l'étude « Etude1 » Dans le menu « Simulation », choisir « Etude… » …

Traiter comme un volume Dans la boîte de dialogue « Etude 1 », choisir « Traiter comme un volume » l' Equerre1 :

Choisir le matériau Cliquer avec le bouton droit de la souris sur «Equerre_1 » dans l’arbre de construction à gauche puis choisir, dans le menu contextuel, « Appliquer/Editer le matériau » :

Appliquer un matériau Choisir un acier type AISI 1020 puis valider :

Créer un maillage Dans la boîte de dialogue « Maillage », « Créer le maillage » Cliquer sur ce texte pour découvrir ce qu’est un maillage ! Choisir un «Maillage Standard», de « Densité moyenne » avec «Transition automatique »

Merci à Wikipedia ! Créer un maillage

Déclarer des actions extérieures Cliquer droit sur « Déplacements imposés » puis choisir « Appui plan» dans le menu contextuel :

Déclarer des actions extérieures Sélectionner la surface plane de l’équerre servant à réaliser l’appui au mur puis valider :

Déclarer des actions extérieures Déclarer maintenant un déplacement imposé de type « Géométrie fixe » :

Déclarer des actions extérieures Sélectionner les deux surfaces cylindriques de l’équerre servant au passage des vis puis valider.  Il s’agit d’indiquer les zones de fixation de l’équerre grâce aux vis…

Déclarer des actions extérieures Cliquer droit sur « Chargements externes » puis choisir « Force… » dans le menu contextuel :  Il s’agit maintenant de déclarer la charge de 10 kg …

Déclarer des actions extérieures Sélectionner la surface plane de l’équerre servant à réaliser l’appui avec l’étagère : Cocher « Force » Entrer la valeur en newton, soit 100 N… (P=m.g !) Valider.

Lancer les calculs Cliquer droit sur « Etude 1 (-Défaut-) » puis choisir « Exécuter » dans le menu contextuel :

Afficher les résultats Double-cliquer sur « Contraintes1 (-vonMises-) »...

Afficher les résultats Sur la déformée de l’équerre apparaît la répartition des contraintes visible grâce aux couleurs. Une légende nous indique les valeurs des contraintes et si la limite d’élasticité est atteinte…

Afficher les résultats Double-cliquer sur « Déplacements1 (-Dépl. résultant-) »...

Afficher les résultats Sur la déformée de l’équerre apparaît la répartition des déplacements visible grâce aux couleurs. Une légende nous indique les valeurs des déplacements…

Remarques importantes  La limite d’élasticité représente la valeur de la contrainte à partir de laquelle le matériau ne reprendra plus sa forme initiale lorsque la charge n’est plus appliquée (la déformation devient irréversible), voire à partir de laquelle il y aura rupture (cas des matériaux fragiles).  On note que :1 Pa (Pascal) = 1 N.m -2 1 Mpa = 106 Pa

Questions Complétez votre document réponses DR1 : 1. Recopiez la répartition des contraintes et des déplacements ainsi que les légendes (seules les valeurs mini et maxi seront indiquées). RESPECTEZ LES UNITES DU DOCUMENT ! 2. Notez la valeur de la limite d’élasticité du matériau.

Questions Sur copie : à partir de vos observations et des remarques précédentes… 1. Précisez ce qu’est une déformée. 2. Précisez ce que représentent une contrainte et un déplacement (les unités doivent vous aider !).

Appliquer un nouveau matériau Cliquer avec le bouton droit de la souris sur «Equerre_1 » dans l’arbre de construction à gauche puis choisir, dans le menu contextuel, « Appliquer/Editer le matériau » :

Relancer les calculs Cliquer droit sur « Etude 1 (-Défaut-) » puis choisir « Exécuter » dans le menu contextuel :

Questions Complétez votre document réponses DR1 : 1. Notez la masse de l’équerre. 2. Recopiez la répartition des contraintes et des déplacements ainsi que les légendes (seules les valeurs mini et maxi seront indiquées). 3. Notez la valeur de la limite d’élasticité du matériau. La petite flèche rouge à côté de la légende indique que la limite d’élasticité est atteinte ! (A montrer sur le DR1)

Cas du plastique Déclarer un plastique type Acrylique (impact moyen- haut). Relancer les calculs… SI LE MESSAGE SUIVANT APPARAIT : Choisir « Oui » à cette question qui demande de prendre en compte des grands déplacements…

Modifier les paramètres Cosmos Cliquer droit sur « Etude 1 (-Défaut-) » puis choisir « Propriétés… » dans le menu contextuel :

Modifier les paramètres Cosmos Cocher la case « Grands déplacements » puis fermer la fenêtre des propriétés en cliquant sur « OK » :

Relancer les calculs Cliquer droit sur « Etude 1 (-Défaut-) » puis choisir « Exécuter » dans le menu contextuel :

Questions Complétez votre document réponses DR1 : 1. Notez la masse de l’équerre. 2. Recopiez la répartition des contraintes et des déplacements ainsi que les légendes (seules les valeurs mini et maxi seront indiquées). 3. Notez la valeur de la limite d’élasticité du matériau.

Questions / Conclusion Sur copie : concluez quant à la validité de cette première équerre vis-à-vis du cahier des charges imposé… 1. Précisez les points forts et les faiblesses pour chaque matériau. 2. Pour le cas du plastique, les déplacements vous semblent-ils possibles ? Que pourrait-il se passer dans la réalité ? 3. Cette première équerre apporte-t-elle une solution satisfaisante ? Si non, sur quel paramètre faudrait-il agir ?

Changer d’équerre Fermer le fichier en cours puis ouvrir le fichier pièce nommé : Equerre2.sldprt  Vous le trouverez dans le sous-dossier « Modèle_2 » du dossier « Equerres_SW2010 »… Cette solution est plus légère…

Simuler le comportement Effectuer le même travail qu’avec le premier modèle d’équerre…  On notera que l’étude est déjà déclarée ici ; vous n’avez qu’à préciser les matériaux et lancer les calculs.  Pour le cas du plastique, vous devrez peut-être modifier les paramètres SIMULATION comme précédemment… Répondre au fur et à mesure aux questions suivantes : A DECOUVRIR TOUT DE SUITE AVANT TOUTE MANIPULATION SUR SOLIDWORKS…

Questions Complétez votre document réponses DR2 : 1. Notez la masse de l’équerre. 2. Recopiez la répartition des contraintes et des déplacements ainsi que les légendes (seules les valeurs mini et maxi seront indiquées). 3. Notez la valeur de la limite d’élasticité du matériau. 4. Montrez si la limite d’élasticité est atteinte.

Questions / Conclusion Sur copie : concluez quant à la validité de cette seconde équerre vis-à-vis du cahier des charges imposé… 1. Précisez les points forts et les faiblesses pour chaque matériau. 2. La solution en plastique est-elle réaliste ? Justifiez-vous ! 3. Cette seconde équerre résout-elle le problème mis en évidence avec le premier modèle ? 4. Apporte-t-elle une solution satisfaisante pour autant ? Quel paramètre faut-il améliorer dans l’ensemble ?

Changer d’équerre Fermer le fichier en cours puis ouvrir le fichier pièce nommé : Equerre3.sldprt  Vous le trouverez dans le sous-dossier « Modèle_3 » du dossier « Equerres_SW2010 »… Toujours allégée, l’ajout d’une jambe de force rassure…

Simuler le comportement Effectuer le même travail qu’avec le second modèle d’équerre… Compléter le document réponses DR3 au fur et à mesure des différentes simulations avec chaque matériau…

Questions / Conclusion Sur copie : concluez quant à la validité de cette troisième équerre vis-à-vis du cahier des charges imposé… 1. Précisez les points forts et les faiblesses pour chaque matériau. 2. La solution en plastique est-elle réaliste ? Justifiez-vous ! 3. Cette troisième équerre résout-elle le problème mis en évidence avec le second modèle ? 4. Apporte-t-elle enfin une solution satisfaisante ? Aimez-vous ce modèle ?

Une équerre en plastique ! « Petit goût d’amertume ! » Une équerre en plexiglass, ça serait joli ! Transparente, sûr qu’elle plairait… Alors, pas de solution viable ?

Changer d’équerre Fermer le fichier en cours puis ouvrir le fichier pièce nommé : Equerre4.sldprt  Vous le trouverez dans le sous-dossier « Modèle_4 » du dossier « Equerres_SW2010 »… Elle me plaît déjà…

Valider avec SIMULATION Nommer l'étude « Etude1 » Dans le menu « Simulation », choisir « Etude… » …

Valider avec SIMULATION Déclarer les « Déplacements imposés » nécessaires : L’appui-plan avec le mur…

Valider avec SIMULATION La fixation à l’aide des vis…

Valider avec SIMULATION Le chargement…

Valider avec SIMULATION Lancer les calculs puis afficher les résultats. Sauvegarder ce fichier sous la forme : Equerre4_VOTRE NOM Relevez sur votre copie :  la masse de ce modèle ;  la valeur maximale de la contrainte ;  la valeur maximale du déplacement.  Le cahier des charges est-il respecté ? Préférez-vous ce modèle au précédent ?

FIN ! Vous avez eu l’occasion de découvrir une nouvelle facette de SolidWorks : bien plus qu’un simple logiciel de CAO volumique, ses différents modules intégrés permettent de simuler les comportements des systèmes et d’assister l’Ingénieur-concepteur dans sa tâche de créativité. Quitter SolidWorks et éteindre l’ordinateur.