Optimisation topologique d'une pièce mécanique
Étude de cas : Optimisation topologique d'une pièce mécanique. Recherche parmi 298 000+ dissertationsPar Rachid Jazouly • 5 Août 2018 • Étude de cas • 2 551 Mots (11 Pages) • 889 Vues
MEC528 – Éléments de machines[pic 1]
Été 2017
Laboratoire 2
OPTIMISATION TOPOLOGIQUE D'UNE PIÈCE MÉCANIQUE
Table des matières
1. Liste des figures 2
2. Liste des tableaux 2
3. Introduction 3
4. Partie 1 : Optimisation topologique 3
4.1 Rotation de Pièce à 0° 4
4.2 Rotation de Pièce à 45° 4
4.3 Rotation de Pièce à 90° 5
4.4 Application combinée des 3 cas de chargement 5
4.5 Discussion 6
5. Partie 2 : Analyse de la performance en fatigue 7
5.1 Résultats 8
5.2 Discussion 9
5.3 Calcul du facteur de sécurité en fatigue 9
6. Conclusion 10
7. Références 12
8. Annexes 13
Liste des figures
Figure 1- ALCOA BRACKET pièce gagnante de igor Nikol 3
Figure 2 : Rotation de la pièce à 0°. 4
Figure 3 : Rotation de la pièce à 45°. 5
Figure 4:Rotation de la pièce à 90°. 5
Figure 5 : Chargement combiné. 6
Figure 6 : Identification des 4 points critique de la pièce 8
Figure 7: Évolution de la contrainte équivalente de VM durant un cycle 9
Figure 8: Diagramme de Goodman modifié pour les points critiques 10
Figure 9-Notre pièce optimisée 11
Figure 10- Pièce optimisée gagnante 11
Liste des tableaux
Tableau 1 : La masse pour chaque type de chargement 6
Tableau 2 : Contrainte maximale aux points critiques en fonction de l’angle de chargement 8
Tableau 3 : Récapitulatif des facteurs de sécurité aux différents points critiques 10
Introduction
En 1999, un chercheur nommé Ole Sigmund publia un article intitulé “A 99 line topology optimization code written in Matlab” incluant un code de 99 lignes permettant de faire une optimisation topologique numériquement. Cet article et d’autres qui ont suivi ont rendu exploitable les théories mathématiques d’optimisations topologiques dans le domaine plus précis et appliqué de l’ingénierie mécanique. L’optimisation topologique est une méthode qui est de nos jours couramment utilisée lors du design de pièces. Elle permet d’optimiser la quantité de matière en fonction d’une charge et des contraintes maximales.
Ce laboratoire porte sur l’application de l’optimisation topologique sur une pièce de support de train d’atterrissage d’un avion. Ce cas a été tiré d’un concours[1] d’ingénérie à l’hiver 2015 intitulé « Airplane Bearing Bracket Challenge » organisé par Alcoa Fastening Systems & Rings et GrabCAD. Voici, sur la figure 1, la pièce optimisée du gagnant de la compétition, Igor Nikol, étudiant à la « Kharkiv Aviation Institute ». Nous pouvons voir la pièce en transparence d’origine et toute la matière enlevée par l’optimisation topologique.[pic 2][pic 3]
La première partie de ce rapport portera sur l’optimisation topologique à l’aide du logiciel Inspire, en fonction du chargement donné et de l’objectif désiré. Nous essaierons alors de faire un travail semblable à celui de Igor Nikol afin d’optimiser la pièce en retirant de la masse tout en respectant les contraintes.
Dans la seconde partie nous ferons la vérification de la performance mécanique en fatigue d’une géométrie optimisée grâce au logiciel Ansys Workbench.
Partie 1 : Optimisation topologique
Cette opération consiste à créer une nouvelle géométrie optimisée à partir de l’ancienne pièce «Bearing bracket» en utilisant le logiciel Inspire, on donne comme entrée :
- une zone d’espace fonctionnel ou une conception existante,
- la matière utilisée voire même la méthode de fabrication
- les différents cas de chargement en faisant varient la rotation de la pièce à 0°, 45° et 90° et
En appliquant une force varient de 5560 N et 11121 N
Les résultats obtenus en sortie :
La répartition de la matière qui est placée uniquement aux endroits nécessaires pour tenir les exigences structurelles. Donc notre pièce est optimisée, allégée.
Le résultat est une forme organique qui respecte les contraintes mécaniques et l’optimisation demandée, cette dernière va être utilisée pour la conception de notre pièce finale.
Rotation de la Pièce à 0°
La force est de 5560 N suivant l’axe x, nous avons obtenu une pièce optimisée dont la masse est de 0.3374 Kg, les figures ci-dessous représentent la forme de la pièce obtenue
[pic 4]
Figure 2 : Rotation de la pièce à 0°.
Rotation de la Pièce à 45°
La force est de 8340 N à 45°, nous avons obtenu une pièce optimisée dont la masse est de 0.4354 Kg. Les figures ci-dessous représentent la pièce obtenue :
[pic 5]
Figure 3 : Rotation de la pièce à 45°.
Rotation de la Pièce à 90°
La force est de 11121 N à 90°, nous avons obtenu une pièce optimisée dont la masse est de 0.3160 Kg. Les figures ci-dessous représentent la pièce obtenue
...