SP7 : Électronique Système Positionnement Allocatio n Câble Environnement ( E-SPACE)

Comportement mécanique d'un faisceau de câble automobile

1

Travaux de Gwendal CUMUNEL

présentés par Olivia PENAS

LISMMA - Supméca

d'un faisceau de câble automobile

Plan

� SP7: ESPACE

� Problématique� Cas d’étude� Problèmes identifiés

� Etat de l’art

03/05/2010 2

� Etat de l’art

� Logiciels commerciaux� Recherche dans le domaine et connexe

� Avancement

� Arrangement des câbles� Expérimentation� Simulation dynamique� Suite …

Problématique� Avant : 2D contractuel

� A partir schéma électrique + longueur des câbles

� Maintenant: 3D contractuel

� Environnement véhicule (constructeur) => cheminement souhaité pour le faisceau

� Procédé de fabrication doit garantir le positionnement dans l’espace du faisceau� Procédé de fabrication doit garantir le positionnement dans l’espace du faisceau

� Fabrication du faisceau à plat

03/05/2010 3

Mise à plat du faisceau

Présentation

� Phase 1: (du 11/07 au 07/08)

� Partenaires: LEONI (Leader), Dassault Systèmes, Supméca.

� Démonstrateur: faisceau sous-capot moteur (câblage inter-appareil).

� Faisceau = enveloppe de différents faisceaux (pris en compte pour plusieurs configurations de moteur possibles).

� Situé dans la zone moteur, la plus exposée au niveau thermique, vibratoire et de plus l’environnement est réduit.vibratoire et de plus l’environnement est réduit.

� Tout problème peut entraîner une panne véhicule, le faisceau est donc un élément critique.

� Phase 2: (du 08/08 au 04/11)

� Partenaires: LEONI (Leader), Dassault Systèmes, Supméca, Haption, Dynamic 3D.

� Démonstrateur: faisceau siège� Faisceau moins complexe

� Prototype physique déjà existant

03/05/2010 4

Mise en évidence des lacunes du modèle dans le module Flex(EHI-Catia V5) actuel � Faisceau = câble équivalent (tuyau)

� défini uniquement par un point et une ligne neutre (section circulaire)

� ne tient pas compte des propriétés des câbles le constituant.

� Torsion (ou vrillage) non prise en compte

� Choix du module d’Young très limité

03/05/2010 5

Grégoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.

Bibliographie

03/05/2010 6

Bibliographie

Logiciels CAO

CATIA Equipment and systems

CoCreate Cabling

Solid Edge Edge Wire HarnessNX Electrical and Mechanical Routing

NX I-deas Harness Design

03/05/2010 7

INVENTOR Conception de câbles et de faisceaux

Pro/ENGINEER Pipping and cabling extension

SolidWorks Routing

� Logiciels en Réalité Virtuelle:� IC:IDO & FleXilution: IDO:Flexible

� FleXilution: fleXengine

� Haption: plug-in IFC (Haptique)

� Recherche:

� Automobile: � Theetten A., Grisoni L., Andriot C., Barsky B., « Geometrically exact dynamic

splines », Computer-Aided Design, 40(1) (2008) 35-48.

� Gregoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.

Flexilution

Theetten A.

03/05/2010 8

(Allemagne), 2007.

� Animation:� Baraff D., Witkin A., « Large Steps in Cloth Simulation », SIGGRAPH’98, Orlando,

Juillet 1998, pp 43-54.

� Spillmann J., Teschner M., « An Adaptative Contact Model for the Robust Simulation of Knots », Eurographics’2008.

� Mécanique:� Ghoreishi S.R., « Modélisation analytique et caractérisation expérimentale du

comportement de câbles synthétiques », Thèse, Ecole Centrale Nantes, 2005.

� Giry E., « Prise en compte des interactions de contact-frottement entre fils d’armure pour la modélisation éléments finis d’un pipeline flexible en grandes transformations », Thèse, ECP, 2002.

Spillmann J.

Barraff D.

Ghoreishi R.

Giry E.

Theetten A.

� Réalité virtuelle� Nocent O., « Animation dynamique de corps déformables continus : application

à la simulation de textiles tricotés », Thèse, Université de Reims, 2001.

� Lenoir J., « Modèle déformable 1D pour la simulation physique temps-réel », Thèse, Université de Lille, 2004

� Theetten A., « Splines dynamiques géométriquement exactes: simulation haute performance et interaction », Thèse, Université de Lille, 2007.

� Mikchevitch A., « Méthodologie de simulation d’assemblage/désassemblage de composants flexibles : Application à la simulation de pièces de type poutres flexibles dans un environnement de réalité virtuelle », Thèse, INPG, 2004.

� Rattay O., « Two-Handed Input Device for Flexible Parts », Thèse, Université de Düsseldorf, 2007.

Lenoir J.

Nocent O.

Lenoir J.

03/05/2010 9

Düsseldorf, 2007.

� Goebbels G. and co, « Real-time dynamics simulation of cables, hoses and wiring harnesses for high accuracy digital mock-ups and load analysis », Automotive Power Electronics Conference, Paris, September 2007.

� Duriez C., « Contact frottant entre objet déformables dans des simulations temps-réel avec retour haptique », Thèse, Université d’Evry, 2004.

Lenoir J.

Mikchevitch A.

Rattay O.Goebbels G.

Duriez C.

� Logiciels en Réalité Virtuelle:� IC:IDO & FleXilution: IDO:Flexible

� FleXilution: fleXengine

� Haption: plug-in IFC (Haptique)

� Recherche:� Automobile:

� Theetten A., Grisoni L., Andriot C., Barsky B., « Geometrically exact dynamic splines », Computer-Aided Design, 40(1) (2008) 35-48.

� Gregoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.

03/05/2010 10

� Gregoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.

� Animation:� Baraff D., Witkin A., « Large Steps in Cloth Simulation », SIGGRAPH’98, Orlando, Juillet 1998, pp 43-54.

� Spillmann J., Teschner M., « An Adaptative Contact Model for the Robust Simulation of Knots », Eurographics’2008.

� Mécanique:� Ghoreishi S.R., « Modélisation analytique et caractérisation expérimentale du comportement de câbles

synthétiques », Thèse, Ecole Centrale Nantes, 2005.

� Giry E., « Prise en compte des interactions de contact-frottement entre fils d’armure pour la modélisation éléments finis d’un pipeline flexible en grandes transformations », Thèse, ECP, 2002.

� Réalité virtuelle:� Nocent O., « Animation dynamique de corps déformables continus : application à la simulation de textiles

tricotés », Thèse, Université de Reims, 2001.

� Lenoir J., « Modèle déformable 1D pour la simulation physique temps-réel », Thèse, Université de Lille, 2004

� Theetten A., « Splines dynamiques géométriquement exactes: simulation haute performance et interaction », Thèse, Université de Lille, 2007.

Hypothèses à valider pour obtenir une simulation réaliste d’un faisceau de câbles

� Hétérogénéité du faisceau : hypothèse d’isotropie (section circulaire) est-elle justifiée?

� Etude de sensibilité des paramètres:

� Frottements entre fils

� Influence de l’enrubannage

� Configuration initiale des fils (procédés de fabrication)

� Obtenir expérimentalement les différents paramètres matériaux permettant de caractériser le faisceau:

� Rigidité de flexion (E1*I)

� Rigidité en traction (E2*S)

� Module de torsion (G*J)

� Coefficient de frottement

� Module de cisaillement

� Optimisation:

� Longueur du faisceau (sous contraintes: tangences, rayon de courbure limite…)

� Configuration initiale des câbles

03/05/2010 11

Avancement

03/05/2010 12

Avancement

Modèle de splines dynamiques

� Modèle splineNocent O. , « Animation dynamique de corps déformables continus : application à la simulation de textiles tricotés », Thèse, Université de Reims, 2001.

Lenoir J. , « Modèle déformable 1D pour la simulation physique temps-réel », Thèse, Université de Lille, 2004.

Theetten A. , « Splines dynamiques géométriquement exactes: simulation haute performance et interaction », Thèse, Université de Lille, 2007.

∑=

⋅=n

iii qubuq

1

)()(

),,,( θzyxq =

� Formulation Lagrangienne

� Energies de déformation continues

� Flexion

� Torsion

� Elongation

03/05/2010 13

{ }ni ,,1K∈∀i

ii q

UF

q

T

dt

d

∂∂−=

∂∂&

j

n

jji

i

AMq

T

dt

d∑

=

=

∂∂

1,

&

dssbsbJM jiji )()(1

0

, ∫⋅=

2

2

dt

qdA j

j =

0 01

0

1 ( ) ( )

2

ti

i i

U HP ds

q q

ε ε ε ε∂ ∂ − ⋅ ⋅ −= − = −∂ ∂∫

avec

0 0

0 0

0 0

ES

H GJ

EI

=

Matrice de Hooke

PFAM +=⋅� Système dynamique (matricielle):

� Schéma de résolution: implicite

� Méthode de Newton-Raphson (DL ordre 1)

� Système final (sans contraintes)

� Sans amortissement:

∆+=+=⋅

++

++

tVXX

PFAMnnn

nn

11

11

XX

PPP n

nnn 11 ++ ∆

∂∂+=

2

2

X

U

X

PK

nn

∂∂−=

∂∂−=

nnnn PFVt

MXK

t

M ++∆

=∆

+∆

+12

Matrice Hessienne

03/05/2010 14

� Avec amortissement:

� Contraintes: multiplicateurs de Lagrange

� Sous forme matricielle:

PFVt

XKt

++∆

=∆

+∆ 2

nnnn PFVt

MXK

t

D

t

M ++∆

=∆

+∆

+∆

+12

η

=

=∂∂Λ−

∂∂

0),(

0

qqgq

g

q

f

ii

&

( )

=∆⋅=∆⋅Λ−

EXL

BXLF ntn

nn KF =nnn PFV

t

MB ++

∆=

=

Λ−∆

⋅

E

BX

L

LF ntn

0

nn Kt

D

t

MF +

∆+

∆= η

2avec

statique

dynamique

Configuration initiale des câbles: Circle packing

� Inégalités à respecter (overlap):

� Cercle à placer avec cercle enveloppe

� Cercle à placer avec cercle déjà placé

02200 ≥+−−= iiii yxrrd

0)()( 22 ≥−−−+−= jijijiij rryyxxd

03/05/2010 15

� Maximum Hole Degree (MHD) rule

� Recherche dichotomique de Rmin

−=

ir

dmin1λ

Config. 1 Config. 2 Config. 3

03/05/2010 16

R=1.54 cm R=1.55 cmR=1.53 cm

Compacité=80,1% Compacité=81,9% Compacité=79,6%

MHD pour le fil suivant dans la

liste

MHD pour un des fils de la liste

MHD avec fils ordonnés du plus gros au plus petit

Expérimentation

� Réalisation d’un banc d’essai (IUT ville d’Avray)

� Rigidité en flexion (plusieurs directions)

� Rigidité en traction

� Module de torsion

03/05/2010 17

� Autres tests:

� Influence de l’enrubannage, du frottement, de la configuration initiale

� Anisotropie

Banc d’essais Faisceaux

03/05/2010 18

Perspectives� Numérique:

� Finaliser le modèle Spline

� Comparaison avec d’autres modèles (Poutre 3D …)

� Optimisation sous contraintes de la position du faisceau (Paramètre = longueur, contraintes = tangences, rayon de courbure limite… )

� Modélisation d’un faisceau de câbles (contact, frottement entre plusieurs modèles splines)� Modélisation d’un faisceau de câbles (contact, frottement entre plusieurs modèles splines)

� Modélisation de l’enrubannage

� Etude de sensibilité des paramètres (frottement notamment)

� Expérimental:

� Détermination des paramètres matériau du faisceau (E*I, E*S, G*J, ν, frottement)

� Etude de sensibilité des paramètres

� Positionnement dans l’espace (motion capture (Dynamic 3D), …)

� Retour d’effort (Haption)

03/05/2010 19

03/05/2010 20