validation de conceptions mécaniques par la méthode des
TRANSCRIPT
Jonathan TANRIN
Ecole IN2P3 de calculs :
“Bases de calculs pour les concepteurs mécaniques”
18/06/2015
Retour d’expérience sur la validation de conceptions mécaniques
par la méthode des éléments finis
1. Etude à postériori d’un support d’échantillon
2. Validation du design mécanique d’un boitier électronique
3. Méthodologie calcul appliqué à un sous ensemble mécanique /électronique
4. Exemple d’un calcul de raideur sur un support laser
Sommaire
• Objectif :
– calculer le module d’élasticité du cristal liquide à partir de la
connaissance de sa 1ere fréquence propre et des équations du
mouvement
Expérience de mesure d’un module d’élasticité
d’un cristal liquide
3
• Principe de l’expérience :
– Mettre en oscillation le cristal liquide contenu dans un tube à essai
Expérience de mesure d’un module d’élasticité
d’un cristal liquide
4
Mesures expérimentales
5
• Résonnance parasite liée au mode propre du support de tube à essai :
- autour de 1800 Hz
Géométrie des supports de tube à essai
6
1ère version 2nde version
Analyse modale du support de tube à essai N°1
7
• Avec l’atelier CATIA
• Calcul des modes propres du support par analyse modale libre / libre
Analyse modale du support de tube à essai N°2
8
• Simplification de la CAO
• Mise en données (maillage, propriétés matériau)
• Analyse modale libre / libre
Mesures avec le support de tube à essai N°2
9
• 1ère fréquence propre du support (17 kHz) suffisamment loin de la
bande de fréquence à balayer.
=> Plus de fréquence parasite
2. Exemple de modélisation d’un boitier électronique
Dimensions : 150 x 105 x 32mm
Masse : 320 grammes
Eléments composant le boitier :
- Ceinture
- Couvercles
- Carte électronique
- Bornier de masse, connecteurs,
- Raidisseurs
Préparation du modèle EF
⇒ Importation de la géométrie depuis Catia (format STEP)
⇒ Simplification géométrique (congés, trous)
⇒ Maillage et choix des propriétés des éléments
⇒ Couvercle et ceinture : éléments coques
⇒ Pieds : éléments volumiques
⇒ Raidisseurs : éléments poutres
⇒ Connecteurs : éléments rigides (indéformables)
⇒ Environ 19 000 éléments
Conditions limites
⇒ Chargement
⇒ 70g dans les 3 directions au centre de gravité
• Analyse structurale : cas statique : 70g selon z
▫ Déplacement maximum = 0.15mm
▫ Von Mises maximum = 36MPa
Résultats
• Analyse des modes propres de la structure
1er mode à 390 Hz
Critère d’aacceptabilité : > 120 Hz
14
Résultats
CAO mécanique
CAO mécanique
Bilan de masse
Centre de gravité,
moments d’inertie
Simplification géométrique
- maillageCAO mécanique
Modèle constitué d’éléments coques (2D)
Modèle E.F.
Pour diminuer :
• le nombre de DDL et donc les temps de calcul (≈10h)
• la quantité de données générées en résultats (≈100 Go)
Simplification
géométrique -
maillage
Report des
composants
électroniques
CAO mécanique
PDF Datasheets
Masse, géométrie,
emplacements des
composants
électroniques
Modèle E.F. Modèle E.F. avec
électronique intégrée
Simplification
géométrique -
maillage
Report des
composants
électroniques
CAO mécanique
Simulations
Analyse modale
Effort quasi statique
Analyse aléatoire
Simplification
géométrique -
maillage
Report des
composants
électroniques
CAO mécanique
Simulations
Analyse modale
Effort quasi statique
Analyse aléatoire
Détermination des déplacements, des
contraintes et des niveaux d’accélérations
vus par les composants électroniques
Simplification
géométrique -
maillage
Report des
composants
électroniques
CAO mécanique
Simulations
Analyse modale
Effort quasi statique
Analyse aléatoire
Préconisations :
revoir le positionnement
des composants, rigidifier
la structure mécanique
Simplification
géométrique -
maillage
Report des
composants
électroniques
CAO mécanique
Simulations
Effort quasi statique
Essais
Modèle STM équipé d’accéléromètres
sur pot vibrant
Simplification
géométrique -
maillage
Report des
composants
électroniques
CAO mécanique
Simulations
Effort quasi statique
EssaisExpertise
5
0
m
m
1
m
m
Simplification
géométrique -
maillage
Report des
composants
électroniques
CAO mécanique
Simulations
Effort quasi statique
EssaisExpertise
5
0
m
m
Etude de rigidité d’un support laser
25
• Objectif : Alignement optique à garantir entre le laser et des éléments
optiques (miroir) d’un instrument embarqué dans un rover martien
Etude de rigidité d’un support laser
26
• Modèle coque
27
Encastrement
Effort unitaire
28
Etudes des contraintes dans les rayons
Critère de Von Mises
29
Résultats d’étude paramétrique
30
Pour conclure :
Intérêt de la démarche conception / calcul :
-> processus itératif
-> CAO /FEM à iso-configuration
-> Etude de sensibilité de paramètres
Conception Calcul Essais