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