ENCYCLOPÉDIE DE LA RECHERCHE SUR L’ALUMINIUM AU QUÉBEC 2013 | Page 74

72 DÉVELOPPEMENT, OPTIMISATION ET INTÉGRATION DES PROCÉDÉS DE FABRICATION ET DE CONCEPTION DEVELOPMENT, OPTIMIZATION AND PROCESS INTEGRATION OF MANUFACTURING AND DESIGN RÉDUCTION DE LA MASSE D'UN VÉHICULE RÉCRÉATIF PAR OPTIMISATION STRUCTURELLE ET CONVERSION DE MATÉRIAU MASS REDUCTION OF A RECREATIONAL VEHICLE THROUGH STRUCTURAL OPTIMISATION AND MATERIAL CONVERSION Cristian Iorga1, [email protected] William Rougé1, Alain Desrochers2 William.Rougé@usherbrooke.ca [email protected] 1 2 I. et Ahmed Maslouhi2 [email protected] Université de Sherbrooke (étudiants) Université de Sherbrooke (professeurs) Introduction Le développement de véhicules récréatifs propulsés par des systèmes de motorisation hybrides ou électriques permet la réduction des émissions de CO2 allant jusqu’à 50% dans le cas des véhicules hybrides et jusqu’à l’élimination complète dans le cas des véhicules tout électrique. Pour réaliser les objectifs de réduction de consommation et de maximisation de l’autonomie de ces véhicules, l’étude de l’allégement des châssis et des autres composantes structurelles par l’utilisation de l’aluminium constitue une étape incontournable dans le processus de développement de produits (PDP) spécifique à cette niche de l’industrie. II. Méthodologie Étant donné que la conception technique implique des interactions entre plusieurs paramètres (chargements, géométrie, matériau), une méthodologie de conception et de validation qui permette de garder le contrôle de ces éléments a été développée. Les critères structuraux qui ont été considérés pour le développement d’un châssis en aluminium, sont la durée de vie en fatigue et la rigidité de la structure. Concept I Concept II Concept III L’identification des chargements peut être effectuée en parallèle avec la conception détaillée, ou même avant. Une convergence des concepts a été effectuée à cette étape pour la prise d'une décision concernant la meilleure solution. Contrainte appliquée (σ) Référence 200 190 180 Durée de vie pour des tests accélérés 160 140 Courbe S-N pour ALU 6061 T6 dans les «ZAT» 120 100 80 75 60 40 Durée de vie souhaitée 20 0 10^3 10^4 10^5 10^6 10^7 10^8 5*10^8 La courbe S-N du matériau est générée tout en tenant compte des divers facteurs qui affectent la limite d’endurance (Se) de la structure (facteur de surface (ka), facteur de chargement (kb), facteur de corrosion (kc), facteur de taille (kd), facteur de fiabilité (ke), etc.). Il sera donc possible de déterminer la limite modifiée (Se’) pour le matériau du nouveau châssis (ALU 6061 T6 avec Sut = 310 MPa). Critères de conception Contrainte (MPa): Freinage Virage Virage + Dos d’âne Facteur de sécurité: Freinage Virage Virage + Dos d’âne Déflexion (mm): Freinage Virage Virage + Dos d’âne Critères de conception Rigidité (Nm/°/Kg): Flexion Torsion Référence Concept Concept Concept I II III 4,75 3,42 4,32 3,15 4,1 3,6 140 200 170 X X X 2.1 3.1 2.9 150 250 240 125 160 190 -26,5 % -31 % -26 % -10,5 % -31,5 % -32 % 2.6 6.1 4.4 4.4 7 6.35 155 180 145 -55,5 % -19 % -11,5 % 2.6 9.2 3.7 5,4 4,88 Cristian Iorga William Rougé Alain Desrochers Ahmed Maslouhi Université de Sherbrooke Les outils informatiques utilisés à l’étape d’instrumentation du châssis sont les logiciels TCE_v3.15 et EASE 3. Le logiciel TCE_v3.15 a été utilisé pour configurer chaque canal et pour calibrer les jauges de déformation, tandis que le logiciel EASE3 a été utilisé pour interpréter les résultats. III. Référence Concept Concept Concept I II III Un premier point de fixation du montage sur la machine d’essais sera fait au niveau de la roue arrière par un joint de type pivot (1). Un deuxième point de fixation du montage sur la machine sera fait par une liaison pivot au niveau du centre de masse du véhicule (2). Pour avoir une meilleure distribution des forces dans la structure et pour répliquer le plus fidèlement possible les conditions réelles d’utilisation, la barre brisée (3) sera fixée aux centres de masse du siège (4) et du moteur (5) par des joints de type rotule et elle va permettre à la structure de pivoter autour du barycentre du véhicule (2). 212500 212500 5000 15000 10000 5000       950000 650000 550000 450000 80000 8800 Flexion Flexion + Torsion Flexion + Torsion Flexion Flexion + Torsion Flexion + Torsion  0,2236  0,3269  0,0091  0,033  0,125  0,56  1,277 La durée de vie consommée ≃71% de la durée de vie totale Conclusion La méthodologie de conception et de validation proposée a été appliquée au développement de nouvelles pièces et composantes structurelles en aluminium dédiées à un véhicule récréatif de type roadster à trois roues. La comparaison entre les résultats des simulations par éléments finis AÉF1 et AÉF2 et les résultats des tests expérimentaux démontre la corrélation entre les étapes de conception et de validation dans le processus de développement de produits. La procédure d’essais en fatigue a permis l’application de plusieurs types de sollicitations sur la structure étudiée et cela dans un seul test utilisant un seul gabarit, contribuant ainsi grandement à la réduction du temps de développement de produits et du nombre d’itérations à la phase de validation expérimentale. Journée des reduce fuel consumption and to maximize the autonomy of both electric To étudiants – REGAL Afin de réduire la consommation et de maximiser l’autonomie des vé X