Projet Calcul. Vélo elliptique VE-680

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1 Projet Calcul Vélo elliptique VE-680 LE PEN Jakez GOUHIER Nathan 1

2 Sommaire I. Présentation... 3 Mécanisme retenu... 3 Fonctionnement... 3 Objectif de l étude... 3 Démarche... 4 II. Étude globale... 4 Schéma cinématique... 4 Graphe des liaisons... 4 III. Étude du mécanisme... 5 Méca3D... 5 Création de la maquette... 5 Récupération des résultats... 5 Éléments finis... 6 Modèle de calcul... 6 Résultats... 6 IV. Conclusion... 8 V. Annexes... 9 Maquette Méca3D... 9 Résultats Méca3D... 9 Maillages

3 I. Présentation Mécanisme retenu Le système choisi est un vélo elliptique. Contrairement à son nom, ce système n est pas un vélo, mais un appareil de cardio-training. Fonctionnement L appareil est constitué d une roue d inertie sur laquelle sont fixées deux longues pédales, elles-mêmes solidaires de deux poignées verticales. L utilisateur agit à la fois sur les pédales, dans un mouvement elliptique, et sur les poignées qu il tire d un bras et pousse de l autre. Un système de freinage réglable permet d ajuster la difficulté des exercices en fonction de sa forme et de ses objectifs. Objectif de l étude La pièce que nous allons étudier est la chape de bielle, qui est une pièce soudée. Le but sera d étudier les efforts appliqués sur cette pièce par l utilisateur via la pédale, mais également ses bras. Nous verrons ensuite si cette pièce résiste bien à ces efforts comme prévu, puis s il est possible de l optimiser afin de la rendre plus résistante. 3

4 Démarche Dans un premier temps, nous allons calculer les différents efforts maximaux pouvant être appliqués sur la pièce. Nous allons ensuite faire une étude par éléments finis de cette pièce grâce aux résultats précédents afin de déterminer si celle-ci résiste bien aux efforts (notamment la soudure). Nous obtiendrons les résultats suivants : - Marge de manœuvre du constructeur - Précisions sur la rupture de la pièce Pour finir, nous essayerons d optimiser la pièce afin de savoir si une autre géométrie ne serait pas plus intéressante. II. Étude globale Schéma cinématique Graphe des liaisons 4

5 III. Étude du mécanisme Méca3D Création de la maquette Afin de simplifier les calculs, nous n allons faire le calcul que sur une moitié de système, c està-dire que nous n allons prendre en compte qu une partie moyeu-croisillon-chape-bielle-bras côté droit du vélo. (Voir en Annexe) Récupération des résultats Les valeurs recherchées sont les forces appliquées sur la chape suivant et le moment autour de. Nous allons donc extraire ces valeurs des calculs Meca3D et en tirer des courbes les valeurs maximales de ces efforts. Ces valeurs maximales nous servirons pour le calcul par éléments finis. Les courbes de résultats sont disponibles en Annexe. Les valeurs maximales extraites sont les suivantes : 5

6 Ces trois valeurs ne sont pas atteintes au même moment durant le mouvement, mais pour un gain de temps et une facilité de calcul, nous allons supposer qu elles le sont. Éléments finis Modèle de calcul Voici la construction du modèle de calcul : On enregistre la pièce au format step On importe la pièce sous Abaqus On crée un matériau Acier : Module d Young = Mpa, Coefficient de poisson =0.3) On assigne le matériau à la pièce On encastre la liaison pivot en B. On crée un point de référence qui relie les nœuds en contact avec la liaison pivot en C On applique une force à ce point de référence et un couple On crée un maillage partitionné afin d obtenir le maillage de la meilleur qualité possible On applique le calcul Résultats Dans cette partie, nous allons analyser les résultats trouvés sous Abaqus. Pièce d origine Après traitement de la pièce d origine sous Abaqus on obtient le résultat suivant : 6

7 On remarque que la contrainte maximum est de 140 Mpa et celle-ci se situe au niveau de la bielle. La limite élastique est de 195 Mpa donc la pièce restera dans le domaine élastique. Amélioration de la pièce : Nous allons maintenant définir une nouvelle pièce afin d optimiser sa forme. Cette nouvelle pièce comprendra également une soudure, mais elle sera plus conséquente. Elle fera complètement le tour de la pièce, ce qui augmentera sa résistance. On obtient donc la simulation suivante : 7

8 On remarque que la contrainte maximum est de 161Mpa on reste donc dans la limite élastique. La contrainte située au niveau de la soudure est 20% plus faible que sur la pièce précédente. On a donc une fiabilité accrue sur cette zone critique. IV. Conclusion On peut dire que la pièce d origine est bien dimensionnée. Mais elle peut avoir un comportement critique au niveau de la soudure. La deuxième pièce résiste à la charge(le matériau qui la compose est sollicité dans son domaine d élasticité) et n a plus le comportement critique de la pièce précédente au niveau de la soudure. 8

9 V. Annexes Maquette Méca3D Résultats Méca3D 9

10 Fxi(N) Fyi(N) Mzi(N,m)

11 Maillages Le calcul de la pièce initiale Le maillage : Le calcul de la pièce modifiée : 11