Conception/validation attelage mobile VCRi

Mov’eo - DAS CTGE

Atelier simulation numérique pour les GMP

Vincent Collée

Frédéric Dubois

Dr. Mathieu Duchemin

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MCE-5 DEVELOPMENT SA

MCE-5 DEVELOPMENT … Vision et modèle opérationnel …

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Quatre métiers

IDENTIFIERQUALIFIER

DEVELOPPERRECHERCHE VENDRE INDUSTRIE

FINANCER

Une mission

Transférer à l’écosystème automobile des innovations

visant à réduire l’empreinte environnementale de la mobilité

InnovationInvention

Concept TechnologieProduitMéthodes

Droits d’exploitation de PISavoir-faire transférableServices

MCE-5 DEVELOPMENT … Vision et modèle opérationnel …

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IDENTIFIERQUALIFIER

DEVELOPPERRECHERCHE VENDRE INDUSTRIE

FINANCER

InnovationInvention

Concept TechnologieProduitMéthodes

Droits d’exploitation de PISavoir-faire transférableServices

Quatre métiers

Une mission

Transférer à l’écosystème automobile des innovations

visant à réduire l’empreinte environnementale de la mobilité

MCE-5 DEVELOPMENT … s’appuient sur un plan de développement global Produit/Méthodes …

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Domaine et stratégie d’application

Spécifications et critères génériques

AMDEC Système

Guides de conceptionAMDEC Produit

Guides et protocoles de dimensionnement

Guides procédésAMDEC Processus

Développement Méthodes / KH

Techno TRL 1-5

Protocoles de validation

Développement

Fabrication

AFB et faisabilité

Spécifications système

Conception architecture

Conception Détaillée

Test composants

Test sous-système

Test système

Recette

/ Produit TRL 5-7

Plans de validation numériques et

physiques

Domaine et stratégie d’application

Spécifications et critères génériques

AMDEC système

Guides de conceptionAMDEC Produit

Guides et protocoles de dimensionnement

Guides procédésAMDEC Process

Développement Méthodes / KH

Techno TRL 1-5

Protocoles de validation

Développement

Fabrication

AFB et faisabilité

Spécifications système

Conception architecture

Conception Détaillée

Test composants

Test sous-système

Test système

Recette

/ Produit TRL 5-7

Plans de validation numériques et

physiques

MCE-5 DEVELOPMENT … qui requiert l’emploi extensif / intensif de la simulation numérique …

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Simulation numérique

MCE-5 DEVELOPMENT … dans des domaines d’application nombreux et variés …

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Conception, pré-dimensionnement

Optimisation topologique, structuresFatigue, durée de vie

Contrôle-commande, essais, calibration

Thermodynamique, CFD, multi-physique

ROUE VCRi … Cycle de développement composant …

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AFB - CdC

Fabrication

AFB et faisabilité

Spécifications système

Conception architecture

Conception Détaillée

Test composants

Test sous-système

Test système

Recette

Chargesdimensionnantes

Pré-dimensionnementAttelage mobile

Dimensionnementcomposants

Validationbanc d’organe

Validationbanc moteur

Prototype représentatifOutillages et procédés

Oil

Guided piston

Connecting rod

Control Piston

Pf2

Pf1

Environment

SpecificationsCf1

Cylinder case

Cf2

Cf4

Tranducer

Pf3Pf5

Cf3

Pf4

Cylinder Head – valves seat

TRL 1-3 TRL 5-7

ROUE VCRi … calcul des charges dimensionnantes …

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AlésageCourse

Plage de tauxMasses

Pression cylindre…/…

Cas de charge

Modèle multi-physique 0D(mécanique, hydraulique) Efforts instantanés Pressions instantanées

ROUE VCRi … pré-dimensionnement …

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Efforts locauxDimensions généralesModule denture

Modèle statique linéaire Contraintes Durée de vie Déformations Raideurs

ROUE VCRi … dimensionnement …

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EffortsDimensions généralesContraintes procédés

Contraintes industrielles

Dimensions localesCotationTolérancement

Modèle statique non-linéaire, fatigue Contraintes Durée de vie Pressions et contacts Corrections de dentures Profils de trous d’axe

Modèle de tolérancement 3D Dimensionnel Géométrique

ROUE VCRi … prototypes, outillages et procédés représentatifs …

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2. Ébauche ½ roue

FINITION ROUEDEMI-FINITIONTRAITEMENT THERMIQUE

ASSEMBLAGE PISTES + FINITION

FORGEAGE½ ROUE

EBAUCHE½ ROUE

3. Soudage (FE)

SOUDAGE

+

1. Forgeage bruts ½ roue

ROUE VCRi … prototypes, outillages et procédés représentatifs …

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4. Demi-finition roue 7. Assemblage pisteset finition

5. Traitement thermique 6. Finition roue

FINITION ROUEDEMI-FINITIONTRAITEMENT THERMIQUE

ASSEMBLAGE PISTES + FINITION

FORGEAGE½ ROUE

EBAUCHE½ ROUE

SOUDAGE

ROUE VCRi … validation sur bancs d’organes spécifique …

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Prototype composantreprésentatif

Validation Durée de vie composant Comportement matériau Modèles numériques

matériaux, TS, TTH

Modèle EF dédié Banc, outillage, composant Modèle composant « tel que fabriqué »

Bancs d’organes dédiés Exemple: staircase sur 20 dents

ROUE VCRi … validation sur banc moteur …

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Moteur complet mono/multiPrototype composant

représentatif

Validation Fonctionnalités composant Durée de vie composant Modèles numériques

calculs d’efforts

Protocoles et essais moteurs Protocoles dédiés composant (endurance, fonctionnalité) Protocole(s) clients Mise au point et calibration

MÉTHODES … Les technologies nouvelles requièrent des protocoles spécifiques …

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Problèmes nouveaux

Usure

Piqûres

Concept nouveau

Comportement spécifique Transferts de charge et guidage Raideurs Sens de rotation alternatif

Analyse de cause

Cause probable Interférence entre fond denture roue et sommet de denture crémaillère détectée

par analyse explicite 3D complète (30h) Règle et outils standards de conception de denture non adaptés Nécessité de développer une méthodologie spécifique de conception

MÉTHODES … développés sur la base de plans d’expérience numériques …

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Corrections de profils

Développante

Portée

Plan d’expérience numérique

4 Paramètresde correction

4 critères d’optimisation• Pression de contact• Contrainte pied de dent• Chocs haute et basse charges

Matrice de corrélation(factoriel complet)

Analyse des influences et résultats

• Pression de contact et contraintes corrections de profils

• Chocs dégagements de denture

• Corrections paraboliques de profil nécessaires sur les 2 dentures

• Règles de correction pour limiter fatigue et chocs

Temps de calcul < 2mn Maillage très précis <0,1 mm Génération géométrie et maillage

automatique Bonne corrélation avec modèle 3D

Éléments finis 2D suffisants(développante uniquement)

MÉTHODES … mis au point sur modèles numériques complets …

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Un modèle par crémaillère raideurs représentatives

Maillage très fin des dentures contacts représentatifs

Génération mathématique géométrie et maillage dentures profils représentatifs

Corrections indépendantes pour chaque crémaillère produit représentatif

Optimisationdu contact

Côté combustion Côté Commande

Denture initiale

Répartition quasi optimale côté combustion, mauvaise répartition côté commande

Pression de contact max. > 3 GPa

Denture optimisée

Répartition quasi optimale des deux côtés

Pression de contact max. < 2,5 GPa

2 modèles EF 3D(Développante et portée)

MÉTHODES … et validés par essais physiques ciblés …

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Validation protocole

Simulation

Essai

Corrélation

Nouvelles règles de conception et de dimensionnement validées

Plan d’expérience complet sur modèle

simplifié

Essais fonctionnelspréliminaires

Optimisation surmodèle complet

Validation physique

Règles de conception & dimensionnement descorrections de dentures

Réduction significative des pressions de contact

Identification problèmes potentiels, analyse de causes

Endurance 400 heures sur moteur sans trace d’usure ou de piqûre

MÉTHODES … Méthodologies et protocoles ont une valeur économique à part entière …

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Savoir-faireStructuréValidéDocumenté

Plan de développementet de validation global

ProduitProcédés

Méthodes et outils

Contribution essentielle

de la simulation numérique

MÉTHODES … et constituent un savoir-faire exploitable et transmissible

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IDENTIFIERQUALIFIER

DEVELOPPERRECHERCHE VENDRE INDUSTRIE

FINANCER

InnovationInvention

ConceptTechnologieProduitMéthodes

Droits d’exploitation de PISavoir-faire transférableServices

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Nous vous remercions pour votre attention

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