gÉnie mÉcanique calibrations statique et dynamique d'un ressort

PROJET EN ENTREPRISE

Superviseur EPFL

Dr. Alain SCHORDERET

SECTION DE

GÉNIE MÉCANIQUE

Calibrations statique et dynamique d’un ressort fonctionnel et du

frottement d’un palier lisse Yves-Alain COSANDIER

Projet de Master en Génie Mécanique – Printemps 2013

Motivations et objectifs Calibration statique d’un ressort à lame

.

Calibration dynamique du ressort à lame

Calibrations du frottement d’un palier lisse

Ce travail a permis de développer des méthodes de calibrations pour le comportement statique et dynamique d’un ressort à lame et du frottement d’un palier lisse. Les paramètres numériques ont pu être caractérisés,

néanmoins, il faut apporter plusieurs améliorations afin d’augmenter la précision des calibrations. Ces paramètres calibrés seront ensuite implémentés dans des modèles numériques du système complet. A long terme, ils

serviront de modèles prévisionnelles pour les ingénieurs dans le but d’améliorer la qualité du système à moindre coût et délai.

Synthèse

Le comportement dynamique du ressort a une

influence pour que le système reste fonctionnel

lors d’un choc. Sa raideur est déterminée dans

la calibration statique et son amortissement

structurel est déterminé à l’aide d’un test de

choc élaboré. On impacte le ressort à l’aide

d’une bille et on mesure sa réponse en

déplacement à partir d’une caméra rapide.

Ensuite, on simule l’essai par un modèle

numérique et, par ingénierie inverse, on va

superposer la réponse numérique à celle

mesurée expérimentalement dans le but

d’extraire le paramètre d’amortissement.

On utilise un test du « pendule » avec une

pièce fixe et une pièce mobile qui sont

liées par un palier lisse qui fait office d’axe

de rotation.

L’amortissement des oscillations du

pendule mesurées par caméra rapide nous

permet de caractériser le frottement de la

liaison mécanique.

La simulation permet d’évaluer les efforts d’actionnement du système et d’analyser la distribution des

contraintes lors de l’essai. Le comportement statique du ressort est fortement dépendant des propriétés

intrinsèques de la matière, de son procédé de fabrication, de sa géométrie et au type de déformations

imposées par les composants du système en contact. Il a fallu séquencer la calibration en trois parties afin

de maitriser l’influence de sa matière, de sa géométrie et de son environnement sur son comportement.

La caractérisation matière a été réalisée à partir

d’un essai de flexion trois points. La raideur du

ressort est obtenue par un essai de flexion qui est

appliqué sur le ressort fini, ce qui permet

d’obtenir le comportement statique du ressort

pour une sollicitation très proche de celle

rencontrée dans le système en minimisant les

interactions qu’on retrouve dans l’assemblage.

A la suite de l’étude statique de l’actionnement, il

faut envisager une analyse en fatigue pour

déterminer la limite d’endurance du matériau pour

prévoir que le ressort reste fonctionnel à un haut

nombre de cycles.

-11

-9

-7

-5

-3

-1

1

3

5

7

9

11

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

Dép

lacem

en

t [m

m]

Temps [s]

Essai expérimental

Simulation numérique

Ce projet de master s’inscrit dans le cadre d’un projet de simulation numérique d’un systèmes mécanique

complexe. L’objectif final de cette étude est de prévoir, à partir de méthodes numériques, le

comportement de ce système pour des sollicitations statiques et dynamiques. Le but est de fournir aux

ingénieurs les informations nécessaires afin d’orienter leur conception pour que le système reste

fonctionnel. Cependant, pour que la modélisation de ce systèmes soit suffisamment pertinente, il est

nécessaire de calibrer et valider les grandeurs physiques utilisées dans la simulation à partir de systèmes

mécaniques plus élémentaires. Le sujet du projet est centré, en particulier, sur les calibrations statique et

dynamique du comportement d’un ressort à lame et du frottement d’un palier lisse. Pour mener à bien

chaque calibration, il a fallu concevoir un système réel, son modèle numérique associé et mettre en place

une procédure permettant de déterminer les paramètres numériques.

Démarche générale de calibration par ingénierie inverse

Système

mécanique