La chaine numérique de lobservation au microscope Collège Rocher du Dragon, Aix en Provence.
CeC : Rapport Chaine Numérique
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SebinouZ [Tapez le nom de la société]
15/03/2009
CeC : Rapport
Chaine
Numérique DUT Génie Mécanique et Productique 2ème année
Une découverte de nouveaux ateliers de CATIA, un respect du Cahier des Charges de CeC, une prise en main sur CeC en un temps limité, de la modé-lisation assisté par ordinateur, simulation d’aérodynamisme par éléments finis à l’aide de STARcat5, une optimisation de conception, l’élaboration d’un pro-gramme d’usinage sur CU 3 axe ½ (FAO sur CATIA) , l’usinages de balsa - palier - roues - axes, finitions… et Shoot
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1. Chaine Numérique : Présentation via CeC .................................. 4
2. Déroulement du projet : ............................................................ 4
2.1. Conception Assisté par ordinateur : CATIA ............................................................................. 4
2.1.1. 1ère version : ..................................................................................................................... 4
2.1.2. 2ème version : .................................................................................................................... 5
2.1.3. 3ème version : .................................................................................................................... 5
2.1.4. 4ème version : .................................................................................................................... 5
2.1.5. 5ème version : .................................................................................................................... 6
2.1.6. 6ème version : .................................................................................................................... 6
2.2. Respect du Cahier des Charges : CeC technique ..................................................................... 7
2.3. Simulation aérodynamique : StarCat5 .................................................................................... 8
2.3.1. Principe –mise en œuvre: ................................................................................................ 8
2.3.2. Simulation - résultats: ..................................................................................................... 9
2.3.2.1. Valeurs numériques: ........................................................................................................... 9
2.3.2.2. Visualisation graphique et animé: ........................................................................................ 9
2.3.3. Conclusion – Optimisation : 7ème version ...................................................................... 10
2.4. Fabrication Assisté par Ordinateur : CATIA ........................................................................... 11
2.5. Usinages : CU 4 axes Denford ................................................................................................ 12
2.6. Finalisation ............................................................................................................................ 12
3. Conclusion : ............................................................................ 12
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1. Chaine Numérique : Présentation via CeC
Course en Cours, est une compétions entres des équipes de Lycéen et Collégien, qui ont pour
mission de concevoir, construire et faire courir la plus rapide des voitures de courses innovante sur
ligne droite, motorisée par une cartouche de gaz. Cette compétition est faite entre des équipes de
4/5 étudiants mixtes, en défis régional, national et mondial.
Ces étudiants réalise leurs « mini-F1 », dans un bloc de balsa pour le corps de la voiture, leurs
faisant découvrir inconsciemment se domaine, qui est la chaine numérique.
La base de la chaine numérique nous à été présenté sous forme de cours et de travaux pratiques
avec comme support ce projet Course en Cours. Un support très représentatif, car c’est un projet qui
touche presque intégralement le tour de toutes les notions de la chaine numérique :
L’expression du besoin : définit par le cahier des charges officiel et techniques de
Course en Cours.
La définition :
o CAO : modélisation de la mini F1 à l’aide de CATIA V5
o IAO : Simulation Aérodynamique à l’aide de StarCat5 pour le théorique, et les
souffleries pour la pratique.
o FAO : A l’aide De CATIA V5, élaboration du programme.
La production : usinage du Corp. et de l’ensemble des pièces effectuant le roulement.
2. Déroulement du projet :
2.1. Conception Assisté par ordinateur : CATIA
La prise en main sur des nouveaux ateliers du logiciel de modélisation CATIA V5, et la découverte
pas-à-pas de Course en Cours et son fonctionnement m’a amené à effectuer 6 versions différents de
voitures présentées ci-dessous.
2.1.1. 1ère version :
Cette première version est la base de deux qui vont suivre. Une forme assez
simple faite avec des courbes 3D et les outils de Part-design. Très petite dé-
couverte d’Imagine & Shape pour le cockpit.
J’avais cherché à cacher un maximum les roue pour avoir
des performances aérodynamiques optimales, tout en ne
gâchant pas le design grâce au courbe 3D et à la fonction
Nervure.
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2.1.2. 2ème version :
Cette seconde version n’est que la continuité de la pré-
cédente. Avec l’ajout de l’aileron avant fait en Imagine & Shape et quelques
autres petites finitions.
Cette version marque la découverte principalement
d’Imagine & Shape, avec la création de l’aileron (une forme
bien plus complexe
que le cockpit) mais
aussi par la découverte des
autres petites fonctionnalités de CATIA : comme les éti-
quettes ou le rendue réaliste présenté sur la version d’après.
2.1.3. 3ème version :
J’ai travaillé sur cette dernière version de la sé-
rie en m’appliquant sur les textures et les étiquettes, pour finaliser
son style et la rendre ainsi la plus esthétique possible. Pour finir sur un ren-
du réaliste délicat en R17.
J’ai également affiné la voiture en la creusant un maxi-
mum, car cette série est relativement massive. J’ai donc cher-
ché à l’allégé. Cependant, cet allégement crée des perturba-
tions : l’aérodynamisme devient moins bon, car les creux
sont sources d’iso-pressions.
J’ai placé un aileron à l’arrière en continuité du garde-
boue, pour chercher à respecter le règlement. J’ai aussi placé
pallier et roues standard sur l’assemblage.
Cette version n’a pas aboutie
en simulation aérodynamique. J’ai
donc laissé cette série de côté et j’ai
cherché dans une autre voie pour la
suite.
2.1.4. 4ème version :
Cette foi-ci j’ai cherché à me perfectionner sur l’atelier Imagine & Shape en
créant cette voiture. Une voiture donc réalisé en une seule phase à partir d’une
boule subdivisée, étiré et attiré, avec l’ajout de quelques implants.
Mon idée au départ n’était pas de faire une voiture
« spatiale », mais une voiture la plus légère possible, pour voir
les limites que l’on peut atteindre avec le respect du règle-
ment.
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2.1.5. 5ème version :
Pour la continuité mais également
pour finir cette série « spatiale », j’ai affiné l’aileron
avant et rigidifié celui arrière. J’ai également affiné la nacelle tout en res-
pectant les dimensions du Cahier des charges.
Se projet fut tout de même mis rapidement de coté, car
cela reste une voiture difficilement usinable à cause des
contres-dépouilles sur l’aileron avant et le Cockpit. De
plus l’aérodynamisme de cette voiture est très
mauvais, bien que les performances au niveau
de la masse soit maximales.
2.1.6. 6ème version :
Toutes ces versions, m’on amené à cette « dernière » qui est un mixte de
toute ce que j’ai réalisé jusque là.
J’ai cherché principalement à :
respecter au mieux le cahier des charges,
avoir une voiture légère,
avoir des courbes les plus aérodyna-
miques possible,
avoir un design original
et avoir une usinabilité la plus
simple possible pour la suite.
J’ai sinon élaboré une nouvelle stra-
tégie pour la modélisation qui consiste à dé-
marrer du brut de balsa et de procéder par
des enlèvements de matière pour la forme globale. Se qui m’a permis en particulier de simplifier
l’usinage et ne pas avoir de soucis de repère pour le Template de la simulation aérodynamique.
Cette version à été au final modifié après simulation aérodynamique, pour améliorer au
mieux possible ses performances sans jouer sur son originalité.
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2.2. Respect du Cahier des Charges : CeC technique
Voici un Drafting de ma voiture, faisant appel aux côtes dimensionnelles que le règlement sti-
pule (toutes les dimensions sont en mm avec une tolérance de +/-0.5mm et +/-1gramme):
Ref. Cahier des Charges
Sur le modèle CAO Validation Minimum Maximum
1a 170 210 206.03 oui
1b 3 10 3.18 oui
1c 50 65 54.66 oui
1d 60 85 63.13 oui
1e 55 200 ≈75g oui
1f 3 X ≥3.56 oui
1g X 60 44.73 oui
2a 2 roues av./2roues arr. ok oui
2c 26 34 30 oui
2d 15 19 15 oui
2e 26 34 30 oui
2f 15 19 15 oui
3a Roues av. visible coté ok oui
3b Roues arr. visible coté ok oui
4a 19 19.9 19 oui
4b 22.5 30 20 non
4c 50 60 52 oui
4d 3.1 X ≥3.56 oui
5a-h Exclu pour la CAO, à part la rainure non
6a Corps monobloc ok oui
6b Ailerons av./arr. et nacelle ok oui
6c 20 65 61.74 oui
6d 15 37 16.47 à 22 oui
6e 3 12 4.17 oui
6f 3 12 5.56 oui
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2.3. Simulation aérodynamique : StarCat5
2.3.1. Principe –mise en œuvre:
Pour la simulation aérodynamique, nous avons utilisé le solveur STARCD, via l’interface sur
CATIA V5 : STARCAT5.
Création de la veine
d’air avec l’opération boo-
léenne « retirer » dans un seul
et même Part :
Maillage :
En affinant le
maillage se rapprochant
du contact avec la surface
mouillé.
Surfacique
Volumique
Définition /
Paramé-
trages externe
:
Entrée(s) du fluide
Sortie(s) du fluide
Murs
&
&
Solver Post -
processor :
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2.3.2. Simulation - résultats:
Nous pouvons dès à présent traiter des valeurs numériques ou utiliser la visualisation gra-
phiques et les animations que propose STARCAT5 pour interpréter les performances aérodynamiques
de la voiture :
2.3.2.1. Valeurs numériques:
Les principales performances Aérodynamiques à interpréter sont le Fx, le Cx, le SCx et le Fz :
Le Solveur donne des valeurs numériques, mais ils sont également calculable littéralement
par des formules. Exemple pour la relation entre le Fx et le Cx:
𝐶𝑥 =𝐹𝑥
1
2𝜌𝑎𝑖𝑟 𝑉𝑥²𝑆𝑥
2.3.2.2. Visualisation graphique et animée:
La Visualisation qu’offre STARCAT5 est beaucoup plus concrète et permet
d’avoir une interprétation localisé.
Ailerons : Champs de Pression :
SteamLine : trainé, sillage :
S
Fz
Fx & Cx
Couple maitre : surface projeté /y-z.
60km/h (vitesse moyenne de la voiture pour CeC)
On voie nettement la plus forte pression sur
l’aileron avant : 200Pa.
Inversement : en Bleu une pression minimal
qui engendre une accélération (visible également sur
la visualisation des vitesses sur les surfaces : Velocity
Magnitude (en m/s)).
Les SteamLine permettent une vi-
sualisation de l’écoulement de l’air autour de
la voiture. On peut ainsi voir la trainé et le
sillage de la voiture.
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Section : Champs de Vecteur vitesse
En Bleu les vecteurs vitesses minimales. C’est principalement avec ces vectrices vitesses que j’ai visuali-
sé les perturbations qu’engendre la forme de la nacelle (les tourbillons visible derrières les roues avant : pertur-
bation très importante).
Iso pression / Iso surfaces :
2.3.3. Conclusion – Optimisation : 7ème version
La dernière modification qui à découlé de cette analyse à été de changer la forme de la na-
celle en la prolongeant jusqu’au roue avant. Cela permettra de réduire la dépression qu’engendrait le
creux derrière les roues, mais en contre partie ajoutera du poids à la voiture. J’ai également élargie
l’aileron avant pour recouvrir d’avantage les roues.
Les Iso pressions « 0 » permettent
de visualiser le début des perturbations. Cet
outil permet donc de déceler les zones prin-
cipales à changer, mais sont interprétation
est délicate et plus clair en animation.
Nacelle
Aileron avant
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2.4. Fabrication Assisté par Ordinateur : CATIA Nous avons réalisé la FAO via l’atelier « Advanced Machining » de Catia V5 :
Préparation du CATProduct :
Init Process :
Configuration du
Process & Outil &
Machine
Machine : 3axes table tournante
Opération de
Perçage
Plan //
Contournage
en z
Stratégie d’usinage
Géométrie usinée
Paramètre d’apr. & retr.
&
&
Programme /
Post-Processeur
:
Repère x/y/z
Géom.: Bute & Pièce & Bridage
&
&
Outil: Fraise 2 tailles D6 hémis.
&
Traduction AptIso
Génération des rotations
Simulations - analyses - Corrections:
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2.5. Usinages : CU 4 axes Denford
L’usinage de ma voiture à été assez long comparé à la moyenne des voitures classiques : 45min.
Mais elle est sortie en bonne état (sans cassure d’ailerons ou autres)
2.6. Finalisation
Car j’aime finir se que je commence, et bien que sa
ne rentre plus dans le cours de la chaine numérique,
j’ai finalisé ce projet par un ponçage, et l’usinage
d’axes et palier en laitons et roue en PMMA (assez
lourde malgré la transparence).
La peinture viendra très prochainement.
3. Conclusion :
Numérique
Réel
Du…
Au…
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Ce TP m’a permis très concrètement et de façons très passionnantes, de découvrir un
certain nombre de problèmes que nous pouvons rencontrer lors d’un projet de chaine numé-
rique. Des problèmes qui touchent en particulier le lien qu’il y a entre le virtuel et la réalité.
Mais malgré ces difficultés qui m’on beaucoup apprit, j’ai également pue me perfection-
ner sur certains domaine de la chaine numérique. Cela m’a également permis de m’impliquer
plus facilement, en ayant une expérience sur le domaine, sur le projet de Course en cours : très
utile en temps que tuteur de nombreuses équipes du 78 (Cf. toutes les voitures dont j’ai été im-
pliqué en dernière page).
Je vais clôturer ce rapport, avec une
dernière création qui est pour moi le futur de
CeC, si le Cahier des charges s’allège lors des
années qui vont venir (en particulier sur les ai-
lerons). Ou qu’une nouvelle forme de voiture
entre dans une nouvelle compétition en paral-
lèle.
Une voiture qui montre également la
puissance de la simplicité d’Imagine And
Shape : Seulement 2 éléments surfaciques ont
été crées pour réaliser le corps de cette voiture.
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« SebinouZ V6 » « MagnYfic » « SebinouZ V3 »
« Diamonds » « B-Fest »
« SebinouZ V7 »
« Nassim »
« Rafale » « Raptors »
« L » « Magny-Racing »
« Fasao »
« SebinouZ V5 »
…