Etude et validation avec simulationXpress 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. « AISI 1020 » 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 « TP RDM equerre »…

Renommer le fichier Equerre1_VOTRE NOM 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 simulation Cliquer sur l’onglet « simulationXpress » en haut de l’arbre de construction

Déclarer des actions extérieures Cliquer droit sur « Actions extérieures » puis choisir « Dépl. imposés… » dans le menu contextuel : Sélectionner le type « Appui plan » pour déclarer le contact entre l’équerre et le mur…

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 « Fixé » : Il s’agit d’indiquer les zones de fixation de l’équerre grâce aux vis… Sélectionner les deux surfaces cylindriques de l’équerre servant au passage des vis puis valider.

Déclarer des actions extérieures Cliquer droit sur « Actions extérieures » 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 normale »… 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 Une légende nous indique les valeurs des contraintes et si la limite d’élasticité est atteinte… Sur la déformée de l’équerre apparaît la répartition des contraintes visible grâce aux couleurs.

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

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

RESPECTEZ LES UNITES DU DOCUMENT ! Questions Complétez votre document réponses DR1 : 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 ! Notez la valeur de la limite d’élasticité du matériau.

Appliquer un nouveau matériau Retourner dans l’arbre de création en cliquant sur l’onglet du Feature Manager : Déclarer un alliage d’aluminium type 1060 Déclarer un plastique type PMMA

Relancer les calculs Retourner dans simulatioXpress manager : Cliquer de nouveau sur « Exécuter » pour relancer les calculs avec la prise en compte du nouveau matériau :

Questions Complétez votre document réponses DR1 : Notez la masse de l’équerre. Recopiez la répartition des contraintes et des déplacements ainsi que les légendes (seules les valeurs mini et maxi seront indiquées). 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)

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

Cette solution est plus légère… Changer d’équerre Fermer le fichier en cours puis ouvrir le fichier pièce nommé : Equerre2.sldprt Cette solution est plus légère…

Simuler le comportement Effectuer le même travail qu’avec le premier modèle d’équerre… Répondre au fur et à mesure aux questions suivantes :

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

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

Toujours allégée, l’ajout d’une jambe de force rassure… Changer d’équerre Fermer le fichier en cours puis ouvrir le fichier pièce nommé : Equerre3.sldprt 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 Concluez quant à la validité de cette troisième équerre vis-à-vis du cahier des charges imposé… Précisez les points forts et les faiblesses pour chaque matériau. La solution en plastique est-elle réaliste ? Justifiez-vous ! Cette troisième équerre résout-elle le problème mis en évidence avec le second modèle ? 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, solution viable ?

FIN !