Solutionnaire examen final MEC3510. Sigle du cours

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1 Solutionnaire examen final MEC3510 Sigle du cours Identification de l étudiant(e) Nom : Prénom : Signature : Matricule : Groupe : Sigle et titre du cours Groupe Trimestre MEC Éléments de CFAO / IAO 01 Hiver 2010 Professeure Local Téléphone Delphine Périé-Curnier A-201 Jour Date Durée Heures Samedi 17 avril h h 30 à 16 h Documentation Calculatrice Aucune Aucune Les cellulaires, Toute Voir directives particulières Toutes Non programmable Directives particulières agendas électroniques ou téléavertisseurs sont interdits. Réservé Q1 /6 Q2 /3 Q3 /3 Q4 /3 Q5 /3 Q6 /2 Total /20 Bonne chance à tous! Important Cet examen contient x6 questions sur un total de 19 pages (excluant cette page, mais incluant un recueil d équations et de notes qui se trouve en annexe). La pondération de cet examen est de 35 %. Vous devez répondre sur : le questionnaire le cahier les deux Vous devez remettre le questionnaire : oui non L étudiant doit honorer l engagement pris lors de la signature du code de conduite.

2 Toutes les questions de cet examen concernent la conception et la fabrication de la trottinette illustrée à la Figure 1. Potence fixe Potence mobile Fourche + Roue Support de potence Embase Figure 1 - Trottinette. Page 1 de 19

3 QUESTION N O 1 - ANALYSE CINÉMATIQUE (6 points) Nous voulons simuler le pliage de la trottinette (Figure 2). Le mouvement du support de potence est autorisé lorsque l axe de serrage du support de potence est desserré. Pour cela, le levier de serrage est basculé. Le levier de verrouillage est ensuite basculé pour permettre au crochet de verrouillage de pivoter et s aligner avec l axe du support de potence. Le mouvement de bascule du support de potence vers l embase fait glisser le crochet de verrouillage à l intérieur du support de potence, jusqu à ce que le crochet de verrouillage vienne en butée sur l axe de butée. Dans votre modèle, négligez cet axe de butée. Support de potence Support de potence Support de potence Crochet de verrouillage Axe de serrage Levier de serrage Axe de buttée Embase Embase Levier de verrouillage Axe de verrouillage Axe de rotation du support de potence Entretoise Support de potence Molette de serrage Axe de butée Axe de serrage Levier de serrage Figure 2 Pièces impliquées dans le pliage de la trottinette. Page 2 de 19

4 QUESTION N O 1 (suite) 1a) Identifiez les pièces ou parties qui vont composer votre mécanisme, ainsi que les pièces fixes. Support de potence Crochet de verrouillage Levier de verrouillage Axe de verrouillage Embase Axe de rotation du support de potence Axe de serrage Levier de serrage Pièces fixes = embase, axe de rotation du support de potence 1b) Identifiez les liaisons entre vos pièces. Décrivez les degrés de liberté de chacune des liaisons. Support de potence / embase = pivot (1 rotation) Support de potence / crochet de verrouillage = prismatique (1 translation) Levier de verrouillage / axe de verrouillage = complète (0 rotation, 0 translation) Crochet de verrouillage / axe de verrouillage = complète (0 rotation, 0 translation) Axe de verrouillage / embase = pivot Levier de serrage / axe de serrage = pivot (1 rotation) Axe de serrage / embase = cylindrique (1 translation, 1 rotation) Page 3 de 19

5 QUESTION N O 1 (suite) 1c) Dessinez le graphe de liaison de ce mécanisme en identifiant chaque pièce et chaque liaison. Page 4 de 19

6 QUESTION N O 1 (suite) 1d) Décrivez les commandes à appliquer au mécanisme pour simuler le pliage de la trottinette tel que décrit au début de cette question 1. Rotation du levier de blocage dans un premier temps. Rotation de 90º. Rotation du levier de verrouillage dans un second temps. Rotation de 90º. Rotation du support de potence dans un dernier temps. Rotation de l angle initial entre l embase et le support de potence. Page 5 de 19

7 QUESTION N O 2 - ANALYSE ÉLÉMENTS FINIS (3 points) Nous voulons analyser la distribution des contraintes dans le support de potence (Figure 3) lorsqu un adolescent de 45 kg est debout sur la trottinette. Fourche Écrou Support de potence Fourche Figure 3 Assemblage fourche, support de potence et roue. 2a) Décrivez le chargement et les conditions aux limites que vous appliqueriez au support de potence lorsque vous l analysez de façon isolée. Encastrement au bas du tube du support de potence. Force en haut du tube du support de potence reprenant les chargements de la potence. Force à l extrémité du support de potence reprenant les chargements de l embase. Page 6 de 19

8 QUESTION N O 2 (suite) 2b) Décrivez le maillage que vous utiliseriez sous CATIA V5r19 pour représenter le support de potence (éventuels raffinements, fonction d interpolation ). Maillage libre. Fonction d interpolation quadratique car la pièce va être soumise à de la flexion. Maillage local raffiné à la jonction des 2 tubes. 2c) Vous faites un premier calcul sur le support de potence avec la modélisation que vous avez proposée. Quelles sont les étapes subséquentes que vous envisagez pour valider votre calcul? Les étapes subséquentes sont une analyse de convergence en faisant varier la taille des éléments. Comme on étudie la distribution des contraintes dans le support de potence, la mesure choisie est la contrainte max de Von Mises. En augmentant le nombre de ddl du modèle, lorsque cette mesure atteint un palier, il y a convergence. Page 7 de 19

9 QUESTION N O 3 ANALYSE ÉLÉMENTS FINIS (3 points) Vous effectuez une analyse éléments finis raffinée de la fourche. Pour cela, vous testez différents types de maillage sur la géométrie illustrée à la Figure 4. Négligez le trou. Il est donné P(0,0)=(0,0); P(0,1)=(0,8); P(1,0)=(20,0); P(1,1)=(20,6) et C=(20,3). La courbe P(u,1) est caractérisée par ses tangentes aux extrémités orientées à 0º et -30º par rapport à l horizontale. P(0,1) P(u,1) P(1,1) P(0,v) P(u,v) C P(1,v) P(0,0) P(u,0) P(1,0) Figure 4 - Géométrie plane d une partie de la fourche. 3a) Dessinez une possibilité de maillage structuré qu il serait pertinent d utiliser. Choisissez une densité d éléments raisonnable permettant d illustrer adéquatement votre maillage. Identifiez de façon claire les composants de votre maillage en utilisant des gros points ( ) pour représenter les nœuds et un trait plein ( ) pour représenter les bords des éléments quadrilatères. Page 8 de 19

10 QUESTION N O 3 (suite) 3b) Développez une équation permettant de calculer les nœuds de ce maillage structuré. Page 9 de 19

11 QUESTION N O 4 - FABRICATION DE PIÈCES (3 points) Considérons l un des roulements à billes placé entre la fourche et le support de potence (Figure 5). Figure 5 Roulement à billes. 4a) Est-il possible de fabriquer ce roulement à billes en une seule pièce de métal? Si oui, décrivez le procédé de fabrication. Oui par prototypage rapide. Deux procédés peuvent être utilisés : Le frittage sélectif par faisceau laser ou par faisceau d électrons: La méthode consiste à fusionner localement les particules à la surface d un lit de poudre métallique à l aide d un faisceau laser ou d électrons, aux endroits où on désire la pièce. Le plateau est ensuite abaissé afin de permettre le nivellement d une nouvelle couche de poudre. Le faisceau laser ou d électrons balaie à nouveau la surface de la poudre pour créer une section additionnelle, juxtaposée à la précédente. La pièce est ainsi formée couche par couche et la pièce finale (poudre liée) se retrouve imbriquée dans une assise de poudre non liée. L imprimante 3D avec une poudre de métal: Fonctionnement d une imprimante a jet d encre : Le rouleau étale une couche de poudre, la tête d'impression dépose le liant, la section de la pièce est solidifiée, le piston descend pour faire place à une nouvelle couche et le procédé se répète jusqu'à finalisation de la pièce. Dans ce procédé, l impression dépose un liant autour des particules métalliques préalablement déposée. Il faut ensuite deux traitement pour avoir la pièce finale : un premier pour faire fondre l aggloméra et obtenir une pièce dense à 60% environ puis un second procédé pour infiltrer l espace laissé avec un autre métal au point de fusion plus bas (du bronze par exemple). Ce sont les mêmes deux étapes que celles utiliser pour le procédé SLS pour obtenir des pièces métalliques. Ces deux étapes affectent beaucoup la précision de fabrication de la pièce (0.1mm) et on obtient une pièce finale qui est un alliage métallique. Page 10 de 19

12 QUESTION N O 4 (suite) 4b) Considérons la fabrication par usinage. Décrivez les étapes, à partir de votre maquette numérique, permettant de créer le fichier de commande de la machine-outil. Pour créer le fichier de commande, la maquette numérique de la pièce est utilisée. Les outils, leurs chargement, leurs déplacements sont programmés manuellement dans Catia grâce a l atelier d usinage. Un fichier de commande est ensuite extrait de la modélisation de la fabrication. 4c) Les métaux issus des deux types de fabrication précédents (questions 4a et 4b) présentent-ils les mêmes propriétés mécaniques? Détaillez votre réponse. Cela dépend du procédé de prototypage rapide utilisé. Pour l imprimante 3D, non. On obtient un alliage métallique. Pour le frittage sélectif par faisceau laser, le métal obtenu représente 80-90% des propriétés mécanique du matériau. Pour le frittage sélectif par faisceau d électrons, le métal obtenu représente 95-99% des propriétés mécanique du matériau. Page 11 de 19

13 QUESTION N O 5 - ÉCHANGE DE DONNÉES (3 points) La jante de la roue (Figure 6) a été créée sous Pro-Engineer. Figure 6 Maquette de la jante de la roue sous Pro-Engineer. 5a) Que proposez-vous pour transférer la maquette de la jante dans CATIA V5r19 et vérifier les données transférées? L exportation de la maquette en fichier STEP. Un test de transmission qui consiste a exporter de Pro-Engineer la maquette en fichier STEP, à l importer sous CATIA V5r19 et comparer les deux maquettes, celle de Pro-Engineer à celle de CATIA V5r19. Page 12 de 19

14 QUESTION N O 5 (suite) Figure 7 Résultat de l importation du fichier STL dans CATIA V5r19. 5b) Vous exportez le modèle de Pro-Engineer en format STL et l importez dans CATIA V5r19 (Figure 7). Décrivez ce que vous importez, ainsi que les différences par rapport à un fichier IGES. On importe un nuage de points reliés par des facettes triangulaires. Chaque facette est définie par ses 3 sommets et la normale qui indique le coté externe de la pièce. Il n y a plus de données géométriques telles que courbes et surfaces. Le fichier IGES aurait contenu toutes les courbes et surfaces de la maquette numérique. Page 13 de 19

15 QUESTION N O 5 (suite) 5c) Donnez une méthodologie de reconstruction de votre modèle surfacique en tenant compte des éventuelles symétries et répétitions. Dans tous les cas, Identifier les symétries pour réduire le nuage de points. Identifier les formes répétées et isoler les nuages de points correspondant Ensuite, 2 solutions au choix pour traiter ces nuages de points isolés : Première solution : Couper le nuage de points par des plans parallèles Créer des courbes interpolant les points de chacun des plans Créer des surfaces multi section entre ces courbes. Deuxième solution : Sélectionner des sous-ensembles du nuage de points Faire passer une surface canonique (cylindre, plan, sphere ), une surface powerfit ou une surface automatique sur chacun des sous-ensembles du nuage de points Prolonger les surfaces pour avoir des intersections Opérations booléennes pour découper les surfaces a chacune des intersections. Page 14 de 19

16 QUESTION N O 6 - PLM (2 points) 6a) Que proposez-vous comme solution à une entreprise A pour réduire les temps de mise en marché de leurs nouveaux produits dont le travail de conception n a pas encore débuté? Cette entreprise devrait utiliser une méthode d ingénierie simultanée ou concourante, ou les différentes taches de conception-fabrication-production se superposent, a l opposé de la méthode séquentielle ou les taches se font rigoureusement les unes après les autres. Les outils utilisés pour la méthode concourante sont le PLM et le PDM. Le PDM est un outil de gestion des données du produit. Page 15 de 19

17 QUESTION N O 6 (suite) 6b) Quelle méthodologie devez-vous employer sous un système PDM pour effectuer une modification à une pièce qui vient d être approuvée par le responsable du bureau d études? Décrivez les différents statuts et noms de la pièce à chaque étape. Réponse: La pièce approuvée par le bureau d étude a le statut Release. Son nom est piece.a. L ingénieur effectue un check out de la pièce. Son nom devient piece.b0. Quand l ingénieur a effectué son travail, il fait un check in de la pièce dans la voute documentaire. Le nom devient alors piece.b1. Page 16 de 19

18 Annexe - Examen MEC3510 ÉQUATIONS DE COURBES Hermite 0 u 1 Bézier B-Spline n Pu ( ) = B ( u) P (0 u 1) i= 0 in, i n ( ) = ik, ( ) i (0 max) i= 0 Pu N u P u t n! i Bin, ( u) = u (1 u) i!( n i)! n i Vecteur de noeuds Périodique : Non-périodique : Nurbs n hn ( u) P Pu u t hn ( u) i ik, i i= 0 ( ) = (0 max ) n i= 0 i ik, ÉQUATIONS DE SURFACES Bi-linéaire Coons linéaire P(u,v) = (1-u)P 0,v + up 1,v + (1-v)P u,0 + vp u,1 - (1-u)(1-v)P 0,0 (1-v)uP 1,0 - (1-u)vP 0,1 - uvp 1,1 P u,1 P 0,v P 1,v P u,0 Bi-cubique (Hermite) avec Bézier B-Spline Nurbs Page 17 de 19

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20 Format STL : Page 19 de 19