RDM - Cintre VTT. Séquence III OBJECTIFS. Caractéristique des matériaux et structure. Caractériser un matériau

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1 OBJECTIFS Caractéristique des matériaux et structure Caractériser un matériau Identifier expérimentalement certaines caractéristiques d un matériau POINTS DU PROGRAMME ABORDES A2 Analyser le système comportement du solide déformable Analyser les sollicitations dans les composants. Analyser les déformations dans les composants. Analyser les contraintes mécaniques dans un composant. B2 Proposer ou justifier un modèle Comportement du solide déformable Caractériser les sollicitations dans les composants. Caractériser les déformations dans les composants. SUPPORTS ET DOCUMENTATIONS UTILISES Supports : Cintre de VTT fabriqué avec différent matériau. Logiciel : Solidworks et Cosmosworks. Page 1/12

2 Le vélo tout terrain (VTT) est un vélo destiné à une utilisation sur terrain accidenté. Le freeride désigne une pratique extrême ressemblant à la descente de loisir où l on recherche une certaine technicité du terrain. Les parcours d obstacles sont parfois très hauts (passerelles à sauter, parois rocheuses, etc ) Les constructeurs essayent en permanence d innover dans ce domaine car ces vélos doivent résister à des contraintes de plus en plus importantes. Le VTT est réalisé par une structure qui doit respecter plusieurs critères. Cadre Cintre Potence Dans cette activité on s intéresse à une partie de la structure appelé «cintre» Le cintre est un tube de différentes formes, sur lequel vient se fixer les poignées, les leviers de vitesse, les poignées de freins etc Le cintre est ensuite relié au cadre du vélo par l intermédiaire de la potence. Le cintre peut être de différentes formes, dimensions et réalisé avec des matériaux différents. Page 2/12

3 1 ere Partie : essai sur cintre réel. A partir d essai sur différents cintres, on essaye de dégager certaines caractéristiques des matériaux utilisés pour la fabrication ce ces derniers. On déterminera le type de matériaux utilisé sur les cintres donnés pour la séquence de TP. Question 1 : Dans cette partie, à l aide d un essai, on va mesurer la déformation qui peut exister sur plusieurs cintres. Essai : Pour chaque cintre réaliser le montage comme indiqué sur la photo ci-dessous. Comparateur - Serrer le milieu du cintre dans l étau et placer la charge au niveau de la poigné. - Placer le comparateur sur le bout de la poignée et déterminer la déformation à ce niveau. Charge Cintre - Refaire le montage et la mesure pour les différents cintres donnés Remplir le tableau ci-dessous. Page 3/12

4 Question 2 : Peser les différents cintres donnés Remplir le tableau ci-dessous. Question 3 : A l aide d un aimant vérifier si le matériau utilisé pour les différents cintres, est magnétique ou non. Remplir le tableau ci-dessous. Masse Déformation Magnétique Cintre 1 Cintre 2 Cintre 3 Question 4 : Faire une recherche pour déterminer les différents types de matériaux utilisés pour fabriquer les cadres et les cintres de VTT. ( Matériaux utilisés : Page 4/12

5 Question 5 : Donner quelques avantages et inconvénients pour chaque matériau utilisé dans la construction de cadre et de cintre de VTT. Matériaux Avantage Inconvénient Question 6 : En déduire les caractéristiques principales des matériaux utilisés pour la construction d un cintre. Caractéristiques : Page 5/12

6 Question 7 : A partir de toutes les expérimentations, observations et recherches effectuées, déterminer le type de matériau utilisé pour réaliser les cintres en votre possession. Type de matériau Cintre 1 Cintre 2 Cintre 3 2 ere Partie : Simulation sur modeleur 3D. Pour dimensionner une pièce et choisir un matériau il n est pas toujours possible de le faire sous forme d essai. On utilise dans ce cas-là des logiciels de calcul qui permettent de ʺ prédire ʺ le comportement de la pièce. Dans notre cas il nous est difficile de prédire la résistance des cintres en notre présence. Nous allons donc utiliser un logiciel de calcul ʺ Solidworks simulation ʺ Pour des raisons évidentes de sécurité, le cadre et en particulier le cintre d un VTT ne doit en aucun cas casser. Pourtant dans certaines conditions extrêmes il peut céder. (voir Photo ci-contre) Un critère important dans la conception est la résistance de la structure. En phase de conception d un produit on se doit de vérifier par simulation la résistance à un effort donné Page 6/12

7 Dans un premier temps, le cintre sera représenté par un tube aux dimensions suivantes : Longueur L = 290 mm Diamètre D = 22 mm Epaisseur e = 2 mm - Ouvrir le logiciel solidworks. - Ouvrir le fichier ʺ tube ep2.sldprt ʺ - Dans le menu ʺoutils ʺ sélectionner ʺ similuationxpress ʺ Une étude a déjà été réalisée, il faut donc cliquer sur suivant pour obtenir le résultat. Effort appliqué sur la structure Barre d outils utilisée pour modifier l étude Déplacement imposé. Tube maintenu dans l étau Quand une pièce subit des efforts ; elle a tendance à se déformer et, si ces efforts sont trop important, à casser. Des contraintes apparaissent dans la pièce. Si ces contraintes sont supérieures à une contrainte maximum admissible par la matière on peut prédire que la pièce va casser. Ces contraintes sont différentes en tout point de la pièce. Le logiciel ʺ similuationxpress ʺ permet de visualiser la répartition des contraintes tout au long de la pièce. Page 7/12

8 Etude d un cintre en Acier Question 8 : Donner l unité de la contrainte : Unité :... Question 9 : A partir des résultats obtenus, colorier en rouge, les zones ou la contrainte est maxi. Effort F Question 10 : Pour les matériaux choisis, donner la limite d élasticité : Limite d élasticité :... Unité :... Question 11 : Faire une recherche pour donner une définition de la limite d élasticité : Page 8/12

9 Question 12 : A partir des résultats donnés par le logiciel et de votre recherche, dire si le cintre étudié vérifie le critère de résistance ou non. Justifier votre réponse Comparaison de cintre de différents matériaux Question 13 : Question 14 : Dans ʺsimiluationXpressʺ, cliquer sur matériaux. Pour le matériau choisi, relever les valeurs du ʺmodule de Youngʺ ainsi que la ʺlimite d élasticitéʺ. Compléter le tableau ci-dessous en reportant la valeur de la contrainte maxi ainsi que le déplacement maxi. Dans ʺsimiluationXpressʺ, cliquer sur matériaux puis sur ʺmodifier le matériauxʺ et choisir un alliage d aluminium 6061 T6 (SS) Relever les valeurs du ʺmodule de Youngʺ ainsi que la ʺlimite d élasticitéʺ et compléter le tableau ci-dessous. Cliquer sur suivant et ʺexécuter le simulationʺ. Relever la contrainte maxi et le déplacement maxi. Compléter le tableau. Page 9/12

10 Question 15 : De la même façon choisir un alliage de titane Ti-6Al-4V avec trempe et revenu. Relever les valeurs du ʺmodule de Youngʺ ainsi que la ʺlimite d élasticitéʺ. ʺexécuter le simulationʺ. Relever la contrainte maxi et le déplacement maxi. Compléter le tableau. Matériaux Acier Aisi 304 Aluminium 6061 T6 Titane Ti-6Al-4V Module de Young (MPa) Limite d élasticité (MPa) Contrainte maxi (MPa) Déplacement maxi (mm) Question 16 : Quelle remarque peut-on faire pour la contrainte dans les trois cas? Quel est le meilleur choix de matériaux à faire? Justifier. Page 10/12

11 Modification de la structure. On s aperçoit que pour certains matériaux le critère de résistance est difficilement respectable avec les dimensions données. Dans cette partie, on va modifier le cintre donné et voir quelles sont les modifications au niveau de la résistance. Question 17 : Question 18 : Dans solidworks, modifier la section du cintre de façon à ce que le cintre ne soit plus creux mais plein. Par contre on garde le même diamètre extérieur Φ22. A l aide de ʺpropriété de masseʺ dans solidworks, relever la masse du cintre ainsi transformé. Relancer la simulation avec ʺsimiluationXpressʺ. Relever la contrainte maxi. Compléter le tableau suivant. De la même façon modifier le cintre pour obtenir un tube creux de diamètre extérieur 30 mm et d épaisseur 2 mm. Relever la masse de ce cintre. Relancer la simulation avec ʺsimiluationXpressʺ. Relever la contrainte maxi. Compléter le tableau suivant. Contrainte Maxi (MPa) Masse (g) Cintre creux Φext = 22 mm Ep = 2 mm Cintre plein Φext = 22 mm Cintre creux Φext = 30 mm Ep = 2 mm Page 11/12

12 Question 19 : Question 20 : A partir des résultats précédents, déterminer la meilleure section pour réaliser un cintre.justifier. Proposer une forme à donner au cintre pour essayer de diminuer encore plus la contrainte dans le matériau et de ne pas trop l alourdir. Justifier le choix de forme donné pour les cintres donnés pour la séance Page 12/12