Simulation d’Essai de Fatigue sous Pro/Mechanica Olivier Adam Adrien Bonnet

(une analyse sur un arbre nécessite environ 100 Mo) Introduction Effectuer un calcul de fatigue nécessite une grande place dans votre répertoire de travail. Pour cette raison, nous vous conseillons de travailler dans le répertoire : C:\Temp\ (une analyse sur un arbre nécessite environ 100 Mo)

Choix du modèle En mode « standard », nous avons choisi de modéliser une bielle, sans évidement, congé ou forme particulière, afin de faciliter la démarche de calcul ultérieure.

Passage en mode « Mechanica » Après réalisation de la bielle en mode « standard », on passe en mode « Mechanica » : cliquer sur « Applications, Mechanica ».

Définition du matériau (1) Cette étape est importante, des critères spécifiques du matériaux doivent être définis pour une analyse en fatigue : cliquer sur « Propriétés, Matériaux ». Sélectionner le matériau recherché et cliquer sur « Éditer ».

Définition du matériau (2) Dans l’onglet « Fatigue » il est impératif de renseigner la limite à rupture en traction (en fatigue) pour réaliser une analyse en fatigue.

Création des régions de surfaces (1) Afin d’obtenir une modélisation la plus réaliste possible, nous avons choisi de créer des régions de surfaces afin d’y appliquer nos charges et nos restrictions. Esquisser ensuite une section carrée, délimitée par les arêtes de la bielle sur un plan créé préalablement. Cette section va être projetée sur la surface désirée par la suite. Cliquer sur « Insertion, Région de surface ».

Création des régions de surfaces (2) On sélectionne la surface sur laquelle on souhaite projeter son esquisse. Créer des régions de surface,si besoin, à chaque endroit où l’on souhaite appliquer des charges ou des restrictions. Dans notre cas, nous avons créé deux régions de surface.

Mise en place des restrictions On peut maintenant sélectionner les régions de surfaces créées précédemment pour y appliquer une restriction. Dans notre cas, nous avons « encastré » la région de surface. Cliquer sur « Insertion, Restriction de déplacement ».

Mise en place des charges Cliquer sur « Insertion, Charge de type palier ». Dans notre cas, nous avons choisi un chargement de type palier,que l’on applique sur une région de surface créée précédemment. Pour notre essai,nous avons disposé un effort de 800 N.

Mise en place des charges : Cas particulier (1) Suivant le modèle à étudier, des efforts de torsion et de flexion peuvent être appliqués à la pièce. L’étude de fatigue que l’on souhaite effectuer peut être différente selon les efforts que l’on souhaite faire intervenir. Pour cette raison, il est important de séparer les efforts dans différents « Jeux de charges ». (Ces jeux de charges seront ensuite sélectionnés ou non lors de la préparation de l’analyse en fatigue) Cliquer sur « Insertion, Charge force/moment ».

Mise en place des charges : Cas particulier (2) Nommer le nouveau jeu de charges, puis cliquer sur « OK ». Cliquer sur « Créer ». En effet, chaque « jeu de charges » peut contenir plusieurs efforts.

Création d’une mesure de simulation (1) La création de mesures de simulation permet de surveiller des aspects spécifiques du modèle. Par exemple, on peut observer le coefficient de sécurité d’un point particulier, d’une géométrie particulière (rainure de clavette…) Cliquer sur « Insertion, Mesure de simulation ».

Création d’une mesure de simulation (2) Sélectionner « Fatigue » dans le champ « Grandeur ». Sélectionner dans le champ « composant » le type de mesure à effectuer (coefficient de sécurité, log de la durée de vie …) Sélectionner ensuite la géométrie ou les points à surveiller. Les résultats de ces mesures apparaîtront dans la fenêtre d’exécution de l’analyse en fatigue lorsque celle-ci sera terminée.

Création d’une analyse statique (1) Cliquer sur « Créer analyse statique ». Cliquer sur « Analyse, Analyses/Études Mechanica ». Une analyse statique est obligatoire avant toute étude en fatigue.

Création d’une analyse statique (2) Si vous avez créé plusieurs « Jeux de charges », dans le but de faire des analyses en fatigue différentes pour chaque jeu, il faut obligatoirement créer une analyse statique pour chaque « jeu de charge ».

Création d’une analyse en fatigue (1) Dans l’onglet « Analyse précédente, sélectionner l’analyse statique réalisée précédemment. « Tiquer » l’option « calculer le facteur de sécurité ». Cliquer sur « Analyse, Analyses/Études Mechanica », puis dans la fenêtre qui s’ouvre, cliquer sur « Fichier, créer analyse en fatigue ».

Création d’une analyse en fatigue (2) Si vous avez créé plusieurs « jeux de charges », il faut sélectionner celui qui vous souhaitez faire intervenir dans le calcul à la fatigue.

Création d’une analyse en fatigue (3) Dans l’onglet « Historique de charge, plusieurs champs sont à renseigner : L’endurance (nombre de cycles) souhaitée Le type de chargement : ► Chargement d’amplitude constante (les cycles de contraintes sont réguliers, comme par exemple pour un arbre rotatif fonctionnant à vitesse constante) ► Chargement d’amplitude variable Le type d’amplitude : ► Pic à pic : utilise un facteur de charge minimum de  –1,0 et un facteur de charge maximum de 1,0 (ex. : Flexion) ► Zéro à pic : utilise un facteur de charge minimum de  0 et un facteur de charge maximum de 1,0. (ex. : Torsion) ► Défini par l'utilisateur : permet d'entrer des valeurs dans les champs Facteur de charge min. et Facteur de charge max.

Résultats (1) On retrouve dans la fenêtre d’exécution de l’analyse en fatigue les résultats des mesures de simulations effectuées (ici, le calcul du coefficient de sécurité sur des points).

Résultats (2) Facteur de sécurité  : indique le facteur de sécurité admissible sur la charge. Si la durée de vie en fatigue calculée pour le modèle est supérieure à la durée de vie voulue, Pro/Engineer effectue un calcul à rebours pour déterminer un facteur de sécurité admissible sur la charge en entrée. Ce facteur indique dans quelle mesure l'intensité de la charge peut être augmentée sans compromettre la durée de vie voulue.

Résultats (3) Log de la durée de vie : indique le nombre de cycles estimé jusqu'à rupture du modèle.

Résultats (4) Log de l'endommagement : indique le rapport entre les cycles de fatigue cumulés et le nombre total de cycles jusqu'à rupture. Une valeur supérieure à l'unité indique une rupture. Par exemple, la valeur 0,5 représente une perte de 50% de la durée de vie utile du modèle.

Résultats (5) Niveau de confiance de la durée de vie : indique le rapport entre la durée de vie calculée et la durée de vie voulue. Les valeurs inférieures à l'unité indiquent une rupture. Les valeurs supérieures à 3,0 correspondent généralement à un niveau de confiance adéquat pour la durée de vie souhaitée.

Résultats (6) En cliquant sur « Info » on peut savoir rapidement où se trouvent les valeurs maximales et minimales du coefficient de sécurité ou des autres résultats, selon les résultats se trouvant sur la fenêtre qui est active : cliquer sur « visualiser max », ou encore « Interrogation dynamique » (pour visualiser n’importe où sur la pièce…)

Rapport de résultats (1) Sous Pro/Mechanica, il est possible, dans les fenêtres de résultats, d’exporter un rapport de résultats en format « .htm ». Cliquer sur « Fichier, Exporter, Rapport HTML ».

Rapport de résultats (2) Tiquer « Inclure les informations de modélisation », puis cliquer sur « Sélectionner ». Dans la boite qui apparaît, on peut cocher/décocher les différentes informations. Cliquer sur «  OK ». Cliquer sur Window1 (fenêtre de résultats courante) Apparaît ensuite un dossier dans votre répertoire de travail nommé « HTML_RESULTS_REPORT »

Rapport de résultats (3)