utilisation de ces edupack (cambridge engineering selector )
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Utilisation de CES Edupack (Cambridge Engineering Selector ). 4 Sélection d’un matériau 2/2. Cahier des charges. Cadre de vélo. Un label. Doit être S uffisamment rigide Résistant Tenace Peut être soudé. Fonction . Quelle est la fonction du composant ?. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Utilisation de CES Edupack(Cambridge Engineering Selector)
4 Sélection d’un matériau 2/2
Analyse du cahier des charges
Exprimer les exigences de conception en termes de contraintes et d’objectifs
Doit être Suffisamment rigide Résistant Tenace Peut être soudé
Un label Cadre de vélo Cahier des charges
Contraintes Quelles conditions essentielles doit-il respecter ?
Objectifs Quel est le principal objectif ?
Fonction Quelle est la fonction du composant ?
Variables libres
Quelles sont les variables libres ?
Choix dumatériau
Minimiser Coût Poids Volume Impact éco.
Le boîtier de CD, avec un objectif
Variable libre Choix du matériau
• Contenir et protéger le CD mieux que le PS
• Transparent • Moulable par injection • Recyclable • Aussi peu cher que possible
Cahier des Charges
1. Peut être moulé/injection2. Ténacité K1c > celle du PS
3. Clair4. Peut être recyclé
Fonction Boîtier de CD
Contraintes
Traduction
OBJECTIF Minimiser le prix du matériau
Boîtier de CD : Sélection et classement
Propriétés Optiques
Transparence
Propriétés environnementalesRecyclable
Qualité Optique
Transparent
Translucide
Opaque3
X
X
classement
21
3P
rix v
olum
ique
Cm Polycarbonate
Polymères cellulosiques
PMMA
Polystyrène
Matériaux restants
Tree stage: moulage par injection1Volume du matériau pour le boîtier, V, fixéMasse volumique Prix par unité de masse Cm
Coût du matériau/boîtier C = V Cm
Classement suivant cet indice
Sélection du niveau 2: Matériau
Téna
cité
Polystyrène
On les garde !
2
OBJECTIF Minimiser le coût du matériau par boîtier C
Classement avancé : modélisation des performances
3. Isoler la combinaison de propriétés liées au matériau qui maximise la performance -- l’indice de performance
Si équation de performance inclue une variable libre (autre que le matériau): Identifier la contrainte qui la limite. L’utiliser pour éliminer la variable libre de l’équation de performance.
1. Identifier les fonction, contraintes, objectifs et variables libres (lister les contraintes pour la sélection).
2. Écrire l’équation de l’objectif – “l’équation de performance”.
4. L’utiliser pour le classement
La méthode :
Exemple 1 : Barre légère et résistante
Minimiser la masse m: m = A L (2)
Objectif
• Longueur L est spécifiée• Doit supporter une charge F
Contraintes
• Choix du matériau• Aire de section A.
Variables libres
Équation pour la contrainte en A: F/A < y (1)
barre de longueur L et de masse minimum
L
FF
Aire A
Barre Fonction
m = masseA = aireL = longueur = masse volumique = résistance du matériauy
Matériaux avec le plus petit rapport
yσρ
Éliminer A dans (2) grâce à (1):
y
LFmRésultat (ou maximiser )ρσy /
Exemple 2: Poutre légère et rigide
• La longueur L est fixe• Doit avoir une rigidité en flexion > S*
Contraintes
• Choix du matériau• Aire de section A
Variables libres
L
Poutre Fonction
m = masseA = aireL = longueur = masse volumiqueE = module de YoungI = moment d’inertie(I = b4/12 = A2/12)C = constante (ici, 48)
Poutre rigide de longueur L et de masse minimum
Aire de section A = b2
b
Choisir un matériau avec un petit rapport
1/2Eρ
Éliminer A dans (2) grâce à (1):
Équation pour la contrainte en rigidité : (1)3
2
3 L12AEC
LIECS
Minimiser la masse m: m = A L (2)
Objectif
2/1
2/1*5
ECSL12mRésultat
Les indices de performances
FONCTIONBarre
Poutre
Arbre
Colonne
Mécanique,Thermique,Électrique...
Chaque combinaisonFonctionContrainteObjectifVariable libre
a un indice de performance
CONTRAINTES
Rigidité
Résistance
Fatigue
Géométrie
Coût minimum
Poids minimum
Énergie stockée maximum
Impact environnemental
minimum
OBJECTIF
Minimiser ceci
INDEX
y
M
INDICE
2/1E
M
Minimiser ceci
Démystifions les indices de performance
Un indice de performance est simplement une combinaison de propriétés qui apparait dans l’équation de performance (eg minimiser la masse ou le coût).
Parfois une simple propriété Parfois une combinaison
L’un ou l’autre est un indice de performance
Exemple:
Objectif --Minimiser la masse
Mesure de la performance = masse
Traction (barre)
Flexion (poutre)
Flexion (panneau)
ρ/E yρ/σ
1/2ρ/E 2/3y
ρ/σ
1/3ρ/E 1/2yρ/σ
Fonction Rigidité RésistanceContraintes
(Ou maximiserl’inverse)Minimiser ceci !
0.1
10
1
100
Metals
Polymers
Elastomers
Bois
Composites
Foams0.01
1000
1000.1 1 10Masse Vol. (Mg/m3)
Mod
ule
d’Yo
ung
E, (
GP
a)
Ceramiq.
Sélection optimisée grâce aux graphes
CE 2/1
2
Le tracé de M donne des lignes de pente 2
sur un graphe E-
Indice 1/2EρM
Poutre légère et rigide :
22 M/ρE
Réarrangement:
On passe en log:
Log E = 2 log - 2 log M
M décroissant
Pente 2
Sélection optimisée grâce aux graphes
CE 2/1