CeC : Rapport Chaine Numérique

SebinouZ [Tapez le nom de la société]

15/03/2009

CeC : Rapport

Chaine

Numérique DUT Génie Mécanique et Productique 2ème année

Une découverte de nouveaux ateliers de CATIA, un respect du Cahier des Charges de CeC, une prise en main sur CeC en un temps limité, de la modé-lisation assisté par ordinateur, simulation d’aérodynamisme par éléments finis à l’aide de STARcat5, une optimisation de conception, l’élaboration d’un pro-gramme d’usinage sur CU 3 axe ½ (FAO sur CATIA) , l’usinages de balsa - palier - roues - axes, finitions… et Shoot

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by SebinouZ

MAURICE Sébastien

IUT de Mantes en Yvelines

Département GMP S4

CeC : Rapport Chaine Numérique

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DUT GMP S4


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DUT GMP S4

1. Chaine Numérique : Présentation via CeC .................................. 4

2. Déroulement du projet : ............................................................ 4

2.1. Conception Assisté par ordinateur : CATIA ............................................................................. 4

2.1.1. 1ère version : ..................................................................................................................... 4

2.1.2. 2ème version : .................................................................................................................... 5

2.1.3. 3ème version : .................................................................................................................... 5

2.1.4. 4ème version : .................................................................................................................... 5

2.1.5. 5ème version : .................................................................................................................... 6

2.1.6. 6ème version : .................................................................................................................... 6

2.2. Respect du Cahier des Charges : CeC technique ..................................................................... 7

2.3. Simulation aérodynamique : StarCat5 .................................................................................... 8

2.3.1. Principe –mise en œuvre: ................................................................................................ 8

2.3.2. Simulation - résultats: ..................................................................................................... 9

2.3.2.1. Valeurs numériques: ........................................................................................................... 9

2.3.2.2. Visualisation graphique et animé: ........................................................................................ 9

2.3.3. Conclusion – Optimisation : 7ème version ...................................................................... 10

2.4. Fabrication Assisté par Ordinateur : CATIA ........................................................................... 11

2.5. Usinages : CU 4 axes Denford ................................................................................................ 12

2.6. Finalisation ............................................................................................................................ 12

3. Conclusion : ............................................................................ 12


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1. Chaine Numérique : Présentation via CeC

Course en Cours, est une compétions entres des équipes de Lycéen et Collégien, qui ont pour

mission de concevoir, construire et faire courir la plus rapide des voitures de courses innovante sur

ligne droite, motorisée par une cartouche de gaz. Cette compétition est faite entre des équipes de

4/5 étudiants mixtes, en défis régional, national et mondial.

Ces étudiants réalise leurs « mini-F1 », dans un bloc de balsa pour le corps de la voiture, leurs

faisant découvrir inconsciemment se domaine, qui est la chaine numérique.

La base de la chaine numérique nous à été présenté sous forme de cours et de travaux pratiques

avec comme support ce projet Course en Cours. Un support très représentatif, car c’est un projet qui

touche presque intégralement le tour de toutes les notions de la chaine numérique :

L’expression du besoin : définit par le cahier des charges officiel et techniques de

Course en Cours.

La définition :

o CAO : modélisation de la mini F1 à l’aide de CATIA V5

o IAO : Simulation Aérodynamique à l’aide de StarCat5 pour le théorique, et les

souffleries pour la pratique.

o FAO : A l’aide De CATIA V5, élaboration du programme.

La production : usinage du Corp. et de l’ensemble des pièces effectuant le roulement.

2. Déroulement du projet :

2.1. Conception Assisté par ordinateur : CATIA

La prise en main sur des nouveaux ateliers du logiciel de modélisation CATIA V5, et la découverte

pas-à-pas de Course en Cours et son fonctionnement m’a amené à effectuer 6 versions différents de

voitures présentées ci-dessous.

2.1.1. 1ère version :

Cette première version est la base de deux qui vont suivre. Une forme assez

simple faite avec des courbes 3D et les outils de Part-design. Très petite dé-

couverte d’Imagine & Shape pour le cockpit.

J’avais cherché à cacher un maximum les roue pour avoir

des performances aérodynamiques optimales, tout en ne

gâchant pas le design grâce au courbe 3D et à la fonction

Nervure.


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2.1.2. 2ème version :

Cette seconde version n’est que la continuité de la pré-

cédente. Avec l’ajout de l’aileron avant fait en Imagine & Shape et quelques

autres petites finitions.

Cette version marque la découverte principalement

d’Imagine & Shape, avec la création de l’aileron (une forme

bien plus complexe

que le cockpit) mais

aussi par la découverte des

autres petites fonctionnalités de CATIA : comme les éti-

quettes ou le rendue réaliste présenté sur la version d’après.


J’ai travaillé sur cette dernière version de la sé-

rie en m’appliquant sur les textures et les étiquettes, pour finaliser

son style et la rendre ainsi la plus esthétique possible. Pour finir sur un ren-

du réaliste délicat en R17.

J’ai également affiné la voiture en la creusant un maxi-

mum, car cette série est relativement massive. J’ai donc cher-

ché à l’allégé. Cependant, cet allégement crée des perturba-

tions : l’aérodynamisme devient moins bon, car les creux

sont sources d’iso-pressions.

J’ai placé un aileron à l’arrière en continuité du garde-

boue, pour chercher à respecter le règlement. J’ai aussi placé

pallier et roues standard sur l’assemblage.

Cette version n’a pas aboutie

en simulation aérodynamique. J’ai

donc laissé cette série de côté et j’ai

cherché dans une autre voie pour la

suite.


Cette foi-ci j’ai cherché à me perfectionner sur l’atelier Imagine & Shape en

créant cette voiture. Une voiture donc réalisé en une seule phase à partir d’une

boule subdivisée, étiré et attiré, avec l’ajout de quelques implants.

Mon idée au départ n’était pas de faire une voiture

« spatiale », mais une voiture la plus légère possible, pour voir

les limites que l’on peut atteindre avec le respect du règle-

ment.


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Pour la continuité mais également

pour finir cette série « spatiale », j’ai affiné l’aileron

avant et rigidifié celui arrière. J’ai également affiné la nacelle tout en res-

pectant les dimensions du Cahier des charges.

Se projet fut tout de même mis rapidement de coté, car

cela reste une voiture difficilement usinable à cause des

contres-dépouilles sur l’aileron avant et le Cockpit. De

plus l’aérodynamisme de cette voiture est très

mauvais, bien que les performances au niveau

de la masse soit maximales.


Toutes ces versions, m’on amené à cette « dernière » qui est un mixte de

toute ce que j’ai réalisé jusque là.

J’ai cherché principalement à :

respecter au mieux le cahier des charges,

avoir une voiture légère,

avoir des courbes les plus aérodyna-

miques possible,

avoir un design original

et avoir une usinabilité la plus

simple possible pour la suite.

J’ai sinon élaboré une nouvelle stra-

tégie pour la modélisation qui consiste à dé-

marrer du brut de balsa et de procéder par

des enlèvements de matière pour la forme globale. Se qui m’a permis en particulier de simplifier

l’usinage et ne pas avoir de soucis de repère pour le Template de la simulation aérodynamique.

Cette version à été au final modifié après simulation aérodynamique, pour améliorer au

mieux possible ses performances sans jouer sur son originalité.


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2.2. Respect du Cahier des Charges : CeC technique

Voici un Drafting de ma voiture, faisant appel aux côtes dimensionnelles que le règlement sti-

pule (toutes les dimensions sont en mm avec une tolérance de +/-0.5mm et +/-1gramme):

Ref. Cahier des Charges

Sur le modèle CAO Validation Minimum Maximum

1a 170 210 206.03 oui

1b 3 10 3.18 oui

1c 50 65 54.66 oui

1d 60 85 63.13 oui

1e 55 200 ≈75g oui

1f 3 X ≥3.56 oui

1g X 60 44.73 oui

2a 2 roues av./2roues arr. ok oui

2c 26 34 30 oui

2d 15 19 15 oui

2e 26 34 30 oui

2f 15 19 15 oui

3a Roues av. visible coté ok oui

3b Roues arr. visible coté ok oui

4a 19 19.9 19 oui

4b 22.5 30 20 non

4c 50 60 52 oui

4d 3.1 X ≥3.56 oui

5a-h Exclu pour la CAO, à part la rainure non

6a Corps monobloc ok oui

6b Ailerons av./arr. et nacelle ok oui

6c 20 65 61.74 oui

6d 15 37 16.47 à 22 oui

6e 3 12 4.17 oui

6f 3 12 5.56 oui


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2.3. Simulation aérodynamique : StarCat5

2.3.1. Principe –mise en œuvre:

Pour la simulation aérodynamique, nous avons utilisé le solveur STARCD, via l’interface sur

CATIA V5 : STARCAT5.

Création de la veine

d’air avec l’opération boo-

léenne « retirer » dans un seul

et même Part :

Maillage :

En affinant le

maillage se rapprochant

du contact avec la surface

mouillé.

Surfacique

Volumique

Définition /

Paramé-

trages externe

:

Entrée(s) du fluide

Sortie(s) du fluide

Murs

&

&

Solver Post -

processor :


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2.3.2. Simulation - résultats:

Nous pouvons dès à présent traiter des valeurs numériques ou utiliser la visualisation gra-

phiques et les animations que propose STARCAT5 pour interpréter les performances aérodynamiques

de la voiture :

2.3.2.1. Valeurs numériques:

Les principales performances Aérodynamiques à interpréter sont le Fx, le Cx, le SCx et le Fz :

Le Solveur donne des valeurs numériques, mais ils sont également calculable littéralement

par des formules. Exemple pour la relation entre le Fx et le Cx:

𝐶𝑥 =𝐹𝑥

1

2𝜌𝑎𝑖𝑟 𝑉𝑥²𝑆𝑥

2.3.2.2. Visualisation graphique et animée:

La Visualisation qu’offre STARCAT5 est beaucoup plus concrète et permet

d’avoir une interprétation localisé.

Ailerons : Champs de Pression :

SteamLine : trainé, sillage :

S

Fz

Fx & Cx

Couple maitre : surface projeté /y-z.

60km/h (vitesse moyenne de la voiture pour CeC)

On voie nettement la plus forte pression sur

l’aileron avant : 200Pa.

Inversement : en Bleu une pression minimal

qui engendre une accélération (visible également sur

la visualisation des vitesses sur les surfaces : Velocity

Magnitude (en m/s)).

Les SteamLine permettent une vi-

sualisation de l’écoulement de l’air autour de

la voiture. On peut ainsi voir la trainé et le

sillage de la voiture.


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Section : Champs de Vecteur vitesse

En Bleu les vecteurs vitesses minimales. C’est principalement avec ces vectrices vitesses que j’ai visuali-

sé les perturbations qu’engendre la forme de la nacelle (les tourbillons visible derrières les roues avant : pertur-

bation très importante).

Iso pression / Iso surfaces :

2.3.3. Conclusion – Optimisation : 7ème version

La dernière modification qui à découlé de cette analyse à été de changer la forme de la na-

celle en la prolongeant jusqu’au roue avant. Cela permettra de réduire la dépression qu’engendrait le

creux derrière les roues, mais en contre partie ajoutera du poids à la voiture. J’ai également élargie

l’aileron avant pour recouvrir d’avantage les roues.

Les Iso pressions « 0 » permettent

de visualiser le début des perturbations. Cet

outil permet donc de déceler les zones prin-

cipales à changer, mais sont interprétation

est délicate et plus clair en animation.

Nacelle

Aileron avant


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2.4. Fabrication Assisté par Ordinateur : CATIA Nous avons réalisé la FAO via l’atelier « Advanced Machining » de Catia V5 :

Préparation du CATProduct :

Init Process :

Configuration du

Process & Outil &

Machine

Machine : 3axes table tournante

Opération de

Perçage

Plan //

Contournage

en z

Stratégie d’usinage

Géométrie usinée

Paramètre d’apr. & retr.

&

&

Programme /

Post-Processeur

:

Repère x/y/z

Géom.: Bute & Pièce & Bridage

&

&

Outil: Fraise 2 tailles D6 hémis.

&

Traduction AptIso

Génération des rotations

Simulations - analyses - Corrections:


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2.5. Usinages : CU 4 axes Denford

L’usinage de ma voiture à été assez long comparé à la moyenne des voitures classiques : 45min.

Mais elle est sortie en bonne état (sans cassure d’ailerons ou autres)

2.6. Finalisation

Car j’aime finir se que je commence, et bien que sa

ne rentre plus dans le cours de la chaine numérique,

j’ai finalisé ce projet par un ponçage, et l’usinage

d’axes et palier en laitons et roue en PMMA (assez

lourde malgré la transparence).

La peinture viendra très prochainement.

3. Conclusion :

Numérique

Réel

Du…

Au…


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Ce TP m’a permis très concrètement et de façons très passionnantes, de découvrir un

certain nombre de problèmes que nous pouvons rencontrer lors d’un projet de chaine numé-

rique. Des problèmes qui touchent en particulier le lien qu’il y a entre le virtuel et la réalité.

Mais malgré ces difficultés qui m’on beaucoup apprit, j’ai également pue me perfection-

ner sur certains domaine de la chaine numérique. Cela m’a également permis de m’impliquer

plus facilement, en ayant une expérience sur le domaine, sur le projet de Course en cours : très

utile en temps que tuteur de nombreuses équipes du 78 (Cf. toutes les voitures dont j’ai été im-

pliqué en dernière page).

Je vais clôturer ce rapport, avec une

dernière création qui est pour moi le futur de

CeC, si le Cahier des charges s’allège lors des

années qui vont venir (en particulier sur les ai-

lerons). Ou qu’une nouvelle forme de voiture

entre dans une nouvelle compétition en paral-

lèle.

Une voiture qui montre également la

puissance de la simplicité d’Imagine And

Shape : Seulement 2 éléments surfaciques ont

été crées pour réaliser le corps de cette voiture.


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« SebinouZ V6 » « MagnYfic » « SebinouZ V3 »

« Diamonds » « B-Fest »

« SebinouZ V7 »

« Nassim »

« Rafale » « Raptors »

« L » « Magny-Racing »

« Fasao »

« SebinouZ V5 »

…

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