Fiche V4 : Valider le comportement dynamique d’un système

Lorsque les pièces d’un mécanisme sont en mouvement des phénomènes supplémentaires entrent en compte modifiant ainsi les performances attendues du système.

Ces phénomènes, appelés phénomènes dynamiques, dépendent de la masse, de l’inertie et de l’accélération des solides en mouvement.

L’une des théories permettant de prendre en compte ces phénomènes est un principe connu sous le nom de « Principe Fondamental de la Dynamique » (P.F.D.).

Ce principe permet :

· de déterminer les actions mécaniques agissant sur le (ou les) solide(s) en mouvement ;

· de déterminer le (les) mouvement(s) du (ou des) solide(s) sous l’effet des actions mécaniques extérieures (pesanteur, ressort, amortisseur, moteur, vérin, …)

Définition :

Le P.F.D. se décline en deux théorèmes :

· Théorème de la résultante dynamique :

La somme de toutes les forces extérieures à un solide (ou ensemble de solides) est égale à la résultante dynamique du solide (ou de l’ensemble de solides).

· Théorème du moment dynamique :

La somme de tous les moments des actions mécaniques extérieures à un solide (ou ensemble de solides) exprimée en un point est égale au moment dynamique du solide (ou des ensemble de solides) exprimé au même point.

Commentaires :

Grâce à l’application du Principe Fondamental de la Dynamique il est possible de mettre en équations le comportement dynamique des solides.

Mais ces équations sont généralement difficiles à résoudre (exception faite de quelques cas simples : translation rectiligne ou rotation autour d’un axe fixe).

Le comportement dynamique des solides est donc modélisé par des modules de calculs incorporés aux modeleurs volumiques.

Logiciels à utiliser :

Il existe plusieurs modules de calculs complémentaires tels que Méca 3D ou SolidWorks Motion. C’est le module de simulation de mouvement SolidWorks Motion intégré à SolidWorks qui est utilisé dans cette fiche.

Exemple:

Ouvre vantail de portail

Problématiques :

· Déterminer la durée de l’accélération du moteur afin que son couple ne dépasse pas la valeur nominale, soit : Cm = 200 Nmm.

· Déterminer la force transmise par la liaison pivot (manivelle/bielle).

Pilier

Manivelle

Pivot

Bielle

Vantail

Détail de la liaison pivot

Moteur

Méthodologie :

Remarque : il est impératif de renseigner les matériaux de toutes les pièces afin que les effets dynamiques (masses et inerties) soient pris en compte.

· Ouvrir le fichier Document de travail – Ouvre vantail.

· Aller dans le menu : Outils / Complément et vérifier que SolidWorks Motion soit actif.

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· Activation du module Analyse de mouvement :

· Sélectionner l’onglet Etude de mouvement ;

· Cliquer sur le champ Animation

· Choisir Analyse de mouvement.

· Durée du mouvement :

Glisser-déposer la clé de durée de la simulation sur une seconde.

· Activation de la graviter :

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· Cliquer sur Gravité

· Définissez la direction et le sens ;

· Valider.

· Mise en place du moteur :

· Cliquer sur

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· Sélectionner Moteur circulaire ;

· Sélectionner une surface appartenant à l’axe moteur ;

· Vérifier le sens

· Sélectionner une surface appartenant au bâti.

· Condition initiale du mouvement : Nm = 0 tr/mn (RPM)

· Valider

· Phase de fonctionnement du moteur :

· Clic droit sur la clé de début du moteur, Copier ;

· Clic droit à la hauteur de 0,5 s, Coller.

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· Renseignement des conditions de fin :

· Double clic sur la clé de fin du moteur ;

· Condition finale du mouvement : Nm = 1 400 tr/mn (RPM) ;

· Vérifier le sens de rotation

· Valider

· Exécution de la simulation : cliquer sur Calcul

· Affichage du graphe de résultat : Couple moteur

· Cliquer sur

· Remplissez les champs comme indiqué ci-contre ;

· Valider

· Modification de la durée de fonctionnement du moteur :

· Glisser-déposer la clé de fin de fonctionnement du moteur afin de diminuer sa durée d’activation, puis exécuter à nouveau le Calcul  ;

· Observer la nouvelle valeur du couple moteur ;

· Réitérer ces deux dernières opérations jusqu’à obtenir un couple de 200Nmm environ.

· Affichage du graphe de résultat : Force de réaction

· Cliquer sur

· Remplissez les champs comme indiqué ci-contre ;

· Valider

Conclusion : Le moteur doit mettre environ 0,16 s pour atteindre sa vitesse nominale de 1 400 tr/mn sans dépasser 200 Nmm.

Les efforts dans la liaison pivot sont faibles. En effet, une telle liaison est dimensionnée pour résister à une forte poussée sur le vantail fermé provenant d’une personne mal intentionnée !

Pour cette liaison pivot le comportement dynamique n’est donc pas prépondérant.

Spécialité ITEC – Fiches de synthèse4