TP ITEC: choix du matériau des bras de portail

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1 TP ITEC: choix du matériau des bras de portail
Evolutions de l’ouvre-portail modifications 1° version (2007) 2° version (2009) 3° version (2011) La commande du moteur Amélioration de la sécurité grâce à une approche à vitesse réduite Commande en tout-ou-rien Commande en MLI (vitesse divisée par 2 en approche) Le chargeur de batterie Meilleure maîtrise de la tension de sortie Régulateur à circuit intégré LM317 Régulateur de tension à transistors => plus précis La capacité de la batterie Passage de 20Ah à 10Ah Réduction de coût et de poids tout en conservant une autonomie suffisante 20Ah 10Ah Jeu_ de photocellules Conformité à la norme si le portail donne sur la voie publique Livré en option Livré en standard Le système manivelle-bielle Une forme plus esthétique de la bielle et un montage en chape de la liaison bielle-manivelle.

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Modèle des versions 1 et 2 (Acier) Modèle de la version 3 (Alliage d’aluminium) Problématique : Quelles contraintes ont poussé le fabricant à choisir un matériau tel que l’aluminium pour ses nouveaux bras de portail ?

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Connaissances visées 1.2. Dimension design d’un produit 2.1. Influence du principe de réalisation et du matériau choisi 2.2. Simulation mécanique 3.1. Principes de transformation de la matière Prérequis Comportement du solide indéformable (statique) et du solide déformable (r.d.m.) Matériaux et procédés de mise en œuvre Prise en main de SW Simulation et CES edupack Environnement Matériel Ouvre-portail Ordinateur Documentaire Dossier technique du système Logiciels SolidWorks et le module de simulation CES edupack

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Démarche de reconception : relation produit-procédé-matériau Produit  Evolution du design : nécessité de s’aligner sur la concurrence, qui gagne des parts de marché. Choix de formes plus techniques et plus douces en 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 : Résistance mécanique du bras aux efforts Utilisation en extérieur Matériau compatible avec le procédé de mise en œuvre Coût Choix d’un matériau recyclable

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Déroulement de l’étude A – Limite élastique requise du matériau Effort maxi sur le bras grâce au capteur d’effort Etude des contraintes avec SW B – Choix du matériau en fonction de tous les critères logiciel CES Edupack C - Conclusion

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A – Limite élastique requise du matériau Effort maxi sur le bras grâce au capteur d’effort L’effort maxi est trouvé en phase de verrouillage ; sur l’oscilloscope on obtient 4 divisions de 100mV (1mV1 N), ce qui correspond à un effort de 400N

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A – Limite élastique requise du matériau Etude des contraintes avec SW FA FB B A L’étude de l’équilibre du bras montre qu’il est soumis à deux forces, ces deux forces sont donc portées par la même droite support (AB) Les paramètres de simulation ont déjà été partiellement renseignés. Compléter le chargement externe, autrement dit la force de 400N, appliquée en B, de direction (BA).

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A – Limite élastique requise du matériau Etude des contraintes avec SW Contrainte maxi Elle se situe autour de 30 MPa (dans des zones de concentration de contraintes). Limite élastique du matériau retenu pour fabriquer le bras, avec un coefficient de sécurité de 3 ? 3 * 30 = 90 MPa.

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B – Choix du matériau en fonction de tous les critères logiciel CES Edupack 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

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Première étape : choix du type de graphique souhaité Les familles de matériaux, en fonction du prix et de la limite élastique 1

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Deuxième étape : choix du procédé : moulage (casting) 2 Sont éliminés des résultats tous les matériaux incompatibles avec le procédé

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Troisième étape : autres restrictions ou contraintes 3 Sont éliminés des résultats tous les matériaux incompatibles avec les contraintes imposées

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Résultats de la requête : étain, alliages d’aluminium ou de zinc Tin (étain) Aluminium Limite de prix Zinc 90 MPa

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Contrainte supplémentaire: matériau issu d’une filière de recyclage Limite de prix Alliages possibles : ALUMINIUM 90 MPa

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Conclusion Comment choisir un alliage d’aluminium parmi ceux proposés? S’adresser directement au fondeur, qui est un spécialiste. Pour résumer, quels sont d’après vous les principaux critères justifiant l’utilisation d’un alliage d’aluminium ? La facilité de mise en forme par moulage, pour obtenir le design souhaité. La résistance au milieu extérieur (oxydation) (aluminium très utilisé pour les fenêtres, volets…) L’image favorable auprès du public, due à sa réputation de matériau recyclable. Des arguments qui vont pousser le concepteur à accepter un léger surcoût…

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FIN