Université du Québec à Chicoutimi · Le support élévateur doit être facilement assemblé et...
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Université du Québec à Chicoutimi MODULE D’INGÉNIERIE INGÉNIERIE DE L’ALUMINIUM) 6GIN333 PROJET DE CONCEPTION EN INGÉNIERIE Rapport d’étape Élévateur pour bateau Préparé par Lukas Dion et Eric Fillion Pour Denis Tremblay Département des sciences appliquées 30 avril 2010 CONSEILLER : Prof. Daniel Marceau COORDONNATEUR : M. Jacques Paradis PROMOTEUR : M. Denis Tremblay Approbation du rapport final pour diffusion Nom du conseiller : Daniel Marceau Date : Signature :
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Université du Québec à Chicoutimi
MODULE D’INGÉNIERIE INGÉNIERIE DE L’ALUMINIUM)
6GIN333 PROJET DE CONCEPTION EN INGÉNIERIE
Rapport d’étape
Élévateur pour bateau
Préparé par
Lukas Dion et Eric Fillion
Pour
Denis Tremblay Département des sciences appliquées
30 avril 2010
CONSEILLER : Prof. Daniel Marceau COORDONNATEUR : M. Jacques Paradis PROMOTEUR : M. Denis Tremblay
Approbation du rapport final pour diffusion
Nom du conseiller : Daniel Marceau
Date :
Signature :
Avant-propos
L’analyse présentée dans le document suivant est une analyse préliminaire concernant la
conception d’un élévateur à bateau de plaisance. Les auteurs de cette analyse n’ont pas encore
le statut d’ingénieur. Par conséquent, il est fortement recommandé de procéder à une analyse
détaillée des résultats démontrés en procédant au suivi des recommandations émises.
Par ailleurs, le document publié devrait être vérifié et validé par un ingénieur pour s’assurer de
la rectitude des calculs effectués.
Il est également fortement recommandé de lire l’ensemble du document avant de procéder à
une construction préliminaire afin de bien être conscient des conditions limites d’utilisation du
modèle conçu.
Remerciements
Merci à Monsieur Daniel Marceau ing., Ph.D. qui nous a encadré tout au long de notre projet de
façon remarquable et qui nous a permis de réaliser ce projet en se conformant de façon assidue
aux règles d’ingénierie en vigueur.
Merci à notre promoteur M. Denis Tremblay qui nous a fourni toutes les informations
nécessaires pour avoir un aperçu détaillé du projet à réaliser.
Merci également aux professeurs suivants qui nous ont consacré une partie de leur temps pour
répondre adéquatement à plusieurs de nos questions :
M. Mohamed Bournane
M. Jean-François Noël
Mme Lyne St-Georges
Merci également à Maryse Doucet, technicienne de laboratoire, qui nous a guidés lors des tests
en laboratoire effectués tout en respectant les normes ASTM adéquates.
Enfin, merci à certaines entreprises de ville de Saguenay qui nous ont assisté dans nos
démarches :
Garage Martial Gauthier
Lam-e
Spectube
Solutions industrielles.
Résumé de projet
Conception d’un élévateur pour un bateau de type Regal 2150
avec une coque de type fast-track
Résumé de la problématique : Le promoteur de ce projet désirait un système de levage permettant de soulever un bateau de type Regal 2150 au-dessus de son point de flottabilité pour ainsi diminuer les risques de bris de coque qui pourraient survenir lors de vents violents causant une forte agitation à la surface du lac. L’objectif du projet était d’effectuer la conception détaillée d’un élévateur, tout en respectant plusieurs contraintes fixées par le promoteur. Pour respecter le mandat envers le promoteur, il fallait lui fournir, à la fin du rapport, les plans détaillés des pièces, une liste de fournisseurs potentiels pour les matériaux primaires et les instructions d’assemblage complètes de l’élévateur. Comme mentionnées précédemment, plusieurs contraintes devaient être respectées.
Coûts de reviens inférieur aux modèles disponibles sur le marché.
Les appuis doivent être positionnés aux mêmes endroits que sur la remorque
servant à l’entreposage du bateau, tout en restant amovible pour permettre son
utilisation pour des bateaux différents, mais de mêmes envergure.
Le système de câble utilisé doit être à l’extérieur des tubulaires.
Le système doit être conçu avec le moins de câbles possible.
Les pièces doivent être préférablement disponibles dans la région du Saguenay Lac-
Saint-Jean.
Il ne doit y avoir aucun risque pour l’environnement dans le système.
Résumé du travail réalisé : Afin de pouvoir visualiser et simuler les contraintes appliquées sur le système et principalement sur les tubulures obtenues chez un fournisseur, le logiciel Solidworks a été utilisé pour faire la simulation par élément fini. Pour l’ensemble des pièces, des calculs théoriques ont été faits pour s’assurer que les conditions critiques sont respectées et afin de valider les résultats obtenus sur Solidworks. Enfin, certains tests en laboratoire ont été effectués afin de dimensionner les pattes de l’élévateur. Résumé des conclusions : Les analyses effectuées ont permis de concevoir un modèle d’élévateur à bateau respectant chacune des contraintes imposées par le promoteur. Par ailleurs, l’élévateur conçu satisfait les normes de conception en ce qui concerne les structures en aluminium.
Tables de matières
AVANT-PROPOS ....................................................................................................................................... 2
REMERCIEMENTS ..................................................................................................................................... 3
RÉSUMÉ DE PROJET ................................................................................................................................. 4
TABLES DE MATIÈRES ............................................................................................................................... 5
INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 8
CONTEXTE ..................................................................................................................................................... 8
PROBLÉMATIQUE ............................................................................................................................................ 9
OBJECTIFS DU PROJET ....................................................................................................................................... 9
TRAVAIL EFFECTUÉ ................................................................................................................................. 10
RECHERCHE DES DIFFÉRENTS FOURNISSEURS : ..................................................................................................... 10
COMPARAISON DES DIFFÉRENTS TYPES D’ÉLÉVATEUR À BATEAU : ............................................................................ 11
Le modèle par basculement : ............................................................................................................... 11
Le modèle par élévation : ..................................................................................................................... 12
CAHIER DES CHARGES ............................................................................................................................ 14
CAPACITÉ PORTANTE DU SOL ........................................................................................................................... 14
MASSE DU BATEAU ........................................................................................................................................ 15
PRISE AU VENT .............................................................................................................................................. 15
Résistance au basculement de la structure .......................................................................................... 18
MAUVAIS POSITIONNEMENT DU BATEAU ............................................................................................................ 20
FORCES APPLIQUÉES PAR LES BOULONS DE SERRAGE ............................................................................................. 21
MÉTHODOLOGIE UTILISÉE ...................................................................................................................... 22
ÉLÉMENTS DE CONCEPTION ............................................................................................................................. 22
RECHERCHE DES DIFFÉRENTS FOURNISSEURS DE TUBULAIRES .................................................................................. 24
Spectube .............................................................................................................................................. 24
Métalium ............................................................................................................................................. 24
Métaux Russel ...................................................................................................................................... 24
CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT ................................................................................................... 25
PIÈCES À CONCEVOIR...................................................................................................................................... 25
CONCEPTION DU LIT ....................................................................................................................................... 25
SIMULATION ET OPTIMISATION DU LIT ............................................................................................................... 26
Résolution du problème de flèche ........................................................................................................ 26
Résolution du problème au niveau des poulies .................................................................................... 27
CONCEPTION DE LA BASE ................................................................................................................................ 28
SIMULATION DE LA BASE ................................................................................................................................. 29
CONCEPTION DES APPUIS ................................................................................................................................ 30
SIMULATION DES APPUIS ................................................................................................................................. 31
CAS CRITIQUE DE CHARGEMENTS ...................................................................................................................... 32
Différents cas d’instabilité ................................................................................................................... 32
Calcul d’instabilité ................................................................................................................................ 34
DIMENSIONNEMENT DES GOUSSETS POUR LES POULIES SUR LA BASE DE L’ÉLÉVATEUR .................................................. 35
Dimensionnement des boulons de maintien des goussets des poulies de la base ............................... 36
Calcul de l’espacement entre le trou de la poulie et le rebord du gousset .......................................... 37
Calcul de l’épaisseur des goussets de la base ...................................................................................... 39 Calcul théorique ............................................................................................................................................... 39 Simulation Solidworks ...................................................................................................................................... 40
Dimensionnement de l’épaisseur des goussets .................................................................................... 41 Calcul pour le choix des pinnes des pattes ....................................................................................................... 43 Longueur des pinnes des pattes ....................................................................................................................... 43 Calcul pour le choix des pinnes des appuis du lit............................................................................................. 43 Longueur des pinnes des appuis du lit ............................................................................................................. 43
DIMENSIONNEMENT DES ACCESSOIRES DE LEVAGE ............................................................................................... 44
Calcul des forces des poulies et de la tension du câble ........................................................................ 44
Dimensionnement du câble ................................................................................................................. 47
Dimensionnement des poulies ............................................................................................................. 49
Dimensionnement du treuil manuel de levage ................................................................................... 49
Calcul de cisaillement dans les boulons d’attache des poulies ............................................................ 49
Calcul de cisaillement dans les boulons d’attache du treuil ................................................................. 49
CHOIX DES MATÉRIAUX POUR ÉVITER LA CORROSION ............................................................................................ 50
Corrosion .............................................................................................................................................. 50
La corrosion sous dépôt ....................................................................................................................... 50
La corrosion galvanique ....................................................................................................................... 50 Assemblage hétérogène non immergé ............................................................................................................ 50 Assemblage hétérogène immergé .................................................................................................................... 50
Influence des soudures sur la corrosion ............................................................................................... 51
PROCÉDURE D’ASSEMBLAGE ET DÉMONTAGE ...................................................................................................... 52
Premier assemblage ............................................................................................................................ 52
Assemblage .......................................................................................................................................... 53
Démontage .......................................................................................................................................... 53
ENTRETIENT ................................................................................................................................................. 53
ENTREPOSAGE .............................................................................................................................................. 53
ÉVALUATION DES COÛTS ................................................................................................................................. 54
ARRIMAGE FORMATION PRATIQUE/UNIVERSITAIRE............................................................................................... 56
TRAVAIL D’ÉQUIPE ......................................................................................................................................... 57
RESPECT DE L’ÉCHÉANCIER .............................................................................................................................. 59
ANALYSE ET DISCUSSION ................................................................................................................................. 61
CONCLUSION ......................................................................................................................................... 62
RECOMMANDATIONS ............................................................................................................................ 63
Simulations à effectuer : ...................................................................................................................... 63
Optimisation à effectuer : .................................................................................................................... 63
BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 64
ANNEXE A – CALCUL EN LABORATOIRE .................................................................................................. 66
ANNEXE B – COMPOSANTES DU SYSTÈME DE LEVAGE ........................................................................... 67
ANNEXE C – RISQUES DE DÉVERSEMENT CAUSÉ PAR LE VENT................................................................ 71
ANNEXE D – CALCULS DE SINGULARITÉ APPLIQUÉE SUR LE LIT .............................................................. 72
ANNEXE E – VALIDATION DU MODÈLE UTILISÉ POUR LA BASE ............................................................... 74
ANNEXE F - DIFFÉRENTS MODÈLES D’ÉLÉVATEUR ENVISAGÉ .................................................................. 75
ANNEXE G – PLANS DE L’ÉLÉVATEUR ...................................................................................................... 78
Introduction
Ce projet consiste à concevoir un appareil de levage pour bateau. Il sera ensuite construit par le
promoteur. Pour ce faire, les plans de l’élévateur conçu doivent lui être livrés. Il a noté que le
système doit sécuritaire. Les calculs des charges, des contraintes, de flambement et de stabilité,
qui prouvent que l’élévateur est conçu de façon conforme et avec rigueur, lui seront rendus.
Contexte Le promoteur désire un système qui permet d’élever son bateau au-dessus de son point de
flottabilité lorsqu’il ne l’utilise pas. Il existe quelques modèles sur le marché, mais ils ne sont pas
conçus pour des coques Fast-track (voir Figure 1). De plus, le promoteur n’a pas accès à de
l’électricité près de son lac, il faudra donc concevoir un système de levage manuel.
Figure 1 – Formes de coque de bateau : standard et Fast-track
Problématique Bien que la plupart du temps les lacs se révèlent calmes et paisibles, de grands vents peuvent
occasionner de la turbulence à la surface du lac. Cela cause de sérieux désagréments pour les
propriétaires de bateaux de plaisance qui risquent des dommages permanents à leurs
embarcations. Il existe toutefois certains moyens de minimiser ces risques, principalement en
surélevant le bateau de son point de flottabilité pour éviter qu’il ne soit affecté par l’instabilité
du lac.
Les modèles existants ne s’adaptent toutefois pas à tous les types de bateau, ils et coûtent très
cher.
Objectifs du projet Le projet a pour but de réaliser la conception et l’élaboration des plans pour permettre au
promoteur de construire lui-même son propre élévateur pour bateau. Le projet devra tenir
compte des aspects suivants :
Conçu pour un bateau de type Regal 2150, avec coque de type Fast-Track.
Les appuis doivent être amovibles pour permettre son utilisation sur d’autres types de bateau
d’une envergure similaire.
Le support élévateur doit être facilement assemblé et facilement démontable lorsque la saison
de plaisance est terminée.
Les fournisseurs des pièces requises pour la construction doivent être idéalement localisés dans
la région afin d’accélérer le processus de mise en place d’un prototype suite aux plans émis. Les
pièces achetées chez des fournisseurs doivent être de faible coût pour respecter le budget de
2500$. Dans l’éventualité où certaines pièces seraient indisponibles, il faudra procéder
directement à la fabrication de ces pièces à l’UQAC.
L’ensemble complet doit être à un coût inférieur au prix du marché déjà existant et ne devrait
pas dépasser 2500$.
Il ne doit y avoir aucun élément qui peut causer des risques pour l’environnement.
Son utilisation est prévue pour une profondeur d’eau minimum de 48 pouces, ce qui correspond
à la profondeur minimum d’eau présente sur les lieux d’utilisation selon le promoteur.
Travail effectué
Méthodologie
Le projet a été pensé en vue d’ensemble. Toutes les données pertinentes ont été données par le
promoteur, que ce soit pour les dimensions du bateau, le poids, le tirant d’eau, la hauteur du
quai. Un échantillon de sol à l’endroit du futur élévateur a été prélevé pour faire des tests de
portance du sol. La contrainte de cisaillement du sol et l’angle de frottement ont été trouvés de
façon expérimentale (voir Annexe A). Les dimensions des appuis et la position des appuis ont
été prises sur la remorque du bateau.
Recherche des différents fournisseurs :
Lors des recherches préliminaires effectuées, les modèles disponibles sur le marché ont été
étudiés. De plus, le type de commerce permettant l’obtention d’un élévateur pour bateau a été
étudié. Il a été conclu qu’il n’y avait pas un distributeur unique breveté avec le monopole
concernant les élévateurs à bateaux.
Suite aux recherches effectuées sur internet, plusieurs fournisseurs qui s’approvisionnent chez
différents distributeurs ont été trouvés.
Voici la liste des différents sites web consultés :
[1] Boatliftwarehouse.com
[2] Shore-mate.com
[3] Floeintl.com
[4] Les quais de l’Estrie.com
[5] Les quais Bertrand.com
[6] Les quais Beaulac.com
Comparaison des différents types d’élévateur à bateau :
Lors des recherches effectuées sur les sites web des fournisseurs, les différents types de
modèles proposés par les entreprises ont été comparés. Même si plusieurs sites web ont été
consultés, il n’y a que très peu de modèles différents utilisés. La plupart des modèles suggérés
sont électriques ou hydrauliques, ce qui va à l’encontre des objectifs du projet. En considérant
seulement les modèles avec apport mécanique, deux modèles ont été retenus.
Le modèle par basculement :
Figure 2 – Élévateur à bateau : modèle basculant [4]
Le modèle par élévation :
Figure 3 – Élévateur à bateau : modèle par élévation [4]
En examinant les spécifications, il a été constaté que les différents modèles par basculement
disponibles sur le marché ne sont pas conçus pour des charges supérieures à 1000 livres. Pour
ce projet, les efforts ont été concentrés sur le modèle utilisant le principe d’élévation tout en le
redimensionnant afin de s’ajuster au modèle de bateau du promoteur. Le point faible du
modèle par basculement est qu’il limite son utilisation avec des bateaux de masses supérieures;
il n’est pas encore complètement écarté, car il peut peut-être être modifié pour satisfaire les
exigences de ce projet. Il a été envisagé d’autre sorte de système d’élévation, voir Annexe E
mais ceux-ci n’ont pas été retenues.
Modélisation et calculs
Des modélisations sommaires ont été faites sur les deux modèles existants sur le marché. Le
modèle par basculement a été mis de côté parce que les forces dans le câble étaient deux fois
plus grandes que celles du modèle élévateur. De plus, l’analyse uniaxiale est également plus
facile à faire avec le modèle par élévation.
Une simulation plus détaillée a été effectuée pour le modèle élévateur. Des correctifs ont été
faits pour limiter la flèche du lit et pour satisfaire le facteur de sécurité de 3 qui a été décidé. Les
cas critiques ont été étudiés. Des calculs de flambement, de déversement et de voilement ont
été effectués pour appuyer la simulation sur Solidworks.
Recherche des différents systèmes de levage
Les modèles d’élévateur pour bateau mécaniques nécessitent un système de levage de charge
approprié permettant un maximum de force avec un minimum d’effort pour son utilisateur. Le
treuil a été retenu, car il a un grand pouvoir de réduction de force. Les deux modèles de levage
qui sont adéquats pour le projet sont dans l’annexe B. Ces deux modèles peuvent soulever
jusqu’à 11 000 livres avec la force des bras.
Recherche des autres accessoires et de la quincaillerie
Des recherches sur les autres éléments ont été faites pour dimensionner ces éléments. Des
soumissions au près de plusieurs fournisseurs ont été faites pour répondre à l’exigence du coût
du projet, soit moins de 2 500$.
Cahier des charges Avant le début des simulations, il est important d’avoir établi le cahier de charge complet du
prototype. Les points à considérer pour effectuer les simulations de façon à obtenir des résultats
concluants ont été cernés.
Capacité portante du sol Selon le Manuel canadien d’ingénierie des fondations *12+ la formule 10.6.1. stipule que la
capacité portante avec un coefficient correcteur pour la géométrie de la semelle peut être
calculée comme suit :
Où :
= la capacité portante
B = largeur de la semelle
L = longueur de la semelle
= cohésion effective du sol sous la semelle
Pour des sols pulvérulents, comme dans le cas présent, c’=0
γ’= poids volumique déjaugé du sol sous la semelle
q’= contrainte effective exercée par le poids actuel des terres au niveau de la fondation
Étant donné que les pattes sont à la surface d’un fond marin, q’= 0
, , = coefficients de capacité portante, fonctions de l’angle de frottement interne
effectif, Ф’ Figure 10.5 [12]
Avec un facteur de sécurité de 3
La formule devient :
La force appliquée par les pattes par rapport à des pattes carrées donne :
Par itération, la base doit être de 282mm*282mm ce qui donne 11.1’’*11.1’’ dans le système impérial.
La capacité portante est donc :
Il est connu que le poids du bateau est plus élevé à l’arrière, mais, comme l’élévateur est
uniquement sur la partie arrière, la répartition égale est correcte.
Masse du bateau
Selon les spécifications du type de bateau utilisé, c'est-à-dire, un bateau de type Regal 2150
avec une coque fast-track, la masse nette est de 3200 livres.
Il y a divers éléments à considérer qui seront ajoutés à la masse nette du bateau. Après
discussion avec M. Gauthier [7], il est établi que cette masse à considérer est d’environ 1300
livres.
Aux fins d’analyses, une masse de 4500 lb a donc été fixée pour le poids total du bateau.
Prise au vent Le lieu d’utilisation prévu pour le support à bateau est le lac Otis. Ce lac est situé à
approximativement 20 km de la ville de La baie comme l’illustre la figure 5. Selon le site de
météo-canada, les valeurs météorologiques des vents enregistrées au cours des dernières
années ont été étudiées. Les données obtenues ont été mesurées à l’aéroport de Bagotville. Ce
sont les valeurs les plus près physiquement de ville de La Baie.
Figure 5. Vue aérienne de ville de La baie et des environs (Source : Google Maps) [21]
Il était tout d’abord nécessaire de déterminer de façon proportionnelle la force appliquée sur le
bateau et sur la structure lors de la présence des vents dominants. Selon les normes de
techniques de l’ingénieur NV65 *22+, il s’agit des vents les plus forts enregistrés au cours d’une
période moyenne de 1000 jours.
Tableau 1 – Vents maximums moyens atteints au cours des 9 dernières années.
Vents dominants - Base de
Bagotville
Année Maximum atteint (km/h)
2001 85E
2002 85E
2003 80E
2004 93E
2005 ---
2006 95E
2007 89E
2008 89E
2009 91E
En observant le tableau précédent, il est à noter que les vents dépassent dans quelques cas les
90 km/h. Par conséquent, pour englober chacune des possibilités, la vitesse des vents moyens
utilisés dans les calculs est de 100 km/h.
Une fois la vitesse du vent déterminée, le calcul de la pression exercée sur la surface par le vent
a été effectué. Selon la formule simplifiée fournie, qui résulte de l’équation de Bernoulli
appliquée dans le cas précis du vent, la pression exercée par le vent se calcule comme suit :
Où : q = pression dynamique dût aux vents (dPa)
V = Vitesse des vents moyens la plus élevée sur une période de 1000 jours.
Par conséquent, la pression calculée est de 470 Pa.
Pour réussir à évaluer correctement la force appliquée sur le bateau, il a fallu évaluer l’aire de la
surface externe du bateau perpendiculaire au vent. Pour ce faire, il a fallu négliger la courbure
de la coque ce qui, par conséquent, amplifie la force calculée par rapport à la force réelle des
vents appliqués sur le bateau. Avec les données qui concernent les dimensions du bateau, qui
font partie des spectres de celui-ci, la courbure de la coque a été négligée. Une approximation
de l’aire de la surface a été faite à l’aide d’un triangle et d’un rectangle. La figure 6 représente
l’aire du bateau considérée lors de l’analyse.
Figure 6 Représentation schématique de l’aire du côté du bateau
L’approximation effectuée a donc permis d’obtenir une aire d’environ 115 pi2. C’est donc en
considérant cette valeur et une pression de 470 Pa exercée perpendiculairement à la surface
que la force résultante de 5020 N a été obtenue. Cette force résulte lorsque le vent arrive sur le
côté du bateau et une force de 2500 N est obtenue lorsque la force arrive sur l’arrière du
véhicule.
Résistance au basculement de la structure
Le vent est la seule force exercée sur le système de façon perpendiculaire à celui-ci. C’est
pourquoi il faut absolument s’assurer qu’il n’y a aucun risque de déversement, et ce, dans les
quatre cas envisageables.
1-Déversement du bateau par-dessus les supports du lit (vent de côté)
2-Déversement de l’élévateur par rapport aux pattes (vent de côté)
3-Déversement du bateau par-dessus les supports du lit (vent de derrière)
4-Déversement de l’élévateur par rapport aux pattes (vent de derrière)
Pour l’ensemble des cas, la technique de la somme des moments de force exercés par rapport
au point de déversement critique de la masse considérée a été utilisée. Par calcul, il a été
déterminé que la masse nette du bateau était suffisante pour conserver le bateau hors de toute
rotation. Les calculs sont présentés dans l’annexe C de ce rapport.
Dans les cas #1 et #2, un facteur de sécurité d’environ 2 est obtenu de pour le cas #1 et un
facteur de 1.85 pour le cas #2. Le facteur de sécurité indique le rapport entre l’effort apporté
par la masse du bateau et l’effort apporté par le vent. C’est pourquoi il est considéré que les
risques de basculement du bateau lorsque le vent provient du côté du bateau sont presque nuls.
Les calculs ont toutefois été effectués en considérant que le chargement du bateau est
symétrique ce qui occasionne un centre de masse situé en plein centre.
Pour les cas #3 et #4, les facteurs de sécurité obtenus sont de 2.8 (cas #3) et de 1.5 (cas #4).
Dans ces deux cas précis, le centre de masse à été évalué au même point que le centre d’aire
calculé sur la figure 6. Il est toutefois impossible que le centre de masse soit réellement situé
dans cette position, car les éléments de fortes masses sont à l’extrémité arrière du bateau,
principalement le moteur. C’est pourquoi les facteurs de sécurité trouvés représentent le cas
extrême de chargement et ne seront jamais atteints.
Cas extrême de chargements : Selon la norme NV65 [22] consultée, la pression extrême de
chargement des vents correspond à 1.75 fois la pression normale considérée dans les calculs.
Seul le cas #4 pourrait subir un basculement dans des contraintes de ce genre avec un facteur de
sécurité qui atteint 0.86.
Conséquemment, le système élévateur conçu ne présente qu’un très faible risque de
basculement qui pourrait être occasionné par des vents d’extrême importance. Ces rafales
extrêmes sont toutefois très peu propices de survenir sur les lieux d’utilisation prévus de
l’élévateur. Il y aura par conséquent certaines recommandations émises pour évaluer plus
précisément les risques encourus lors de l’étude détaillée de ce projet.
Influence des forces du vent sur les membrures
Comme il a été calculé précédemment, la présence des vents dominants occasionne un surplus
de charges dans la structure. Les calculs des forces résultantes ont été faits en utilisant un
diagramme des corps libres représentant le bateau et les forces d’appui comme montré dans
l’annexe C.
Cependant, nous avions un système hyperstatique à résoudre.
Pour parvenir à résoudre le système hyperstatique obtenu, l’hypothèse suivante a été émise :
Seul le côté opposé à la force du vent prendra en charge la force horizontale causée par le vent.
La force évaluée représente donc un cas extrême de chargement. Ce calcul démontre que les
forces du vent exercées sur la structure ont un impact de 5146 Newtons dans la direction y et
1667 Newtons dans la direction x.
Par la suite, une analyse des appuis a été faite pour vérifier que leur résistance sera suffisante
pour supporter un chargement qui n’est plus considéré comme uniaxial à cause de la présence
de la force horizontale.
Les analyses ont démontré que le support respecte de façon adéquate les forces imposées sans
que les contraintes ne dépassent les facteurs de sécurité imposés. Suite à cette analyse, la force
résultante qui est transmise vers le lit de l’élévateur a été évaluée à 8.2% supérieure à la force
généralement appliquée par la masse du bateau. Par conséquent, le facteur de sécurité déjà en
place sera suffisant pour résister à cette force supplémentaire. Il faut également considérer que
cette force n’est qu’une force ponctuelle et que la charge varie continuellement.
Mauvais positionnement du bateau
Il est possible que le bateau soit mal positionné lorsqu’il sera inséré dans l’élévateur. Un
mauvais positionnement occasionnera donc une redistribution des forces d’appuis. Pour parer à
toute éventualité, une étude sur les différentes distributions de forces pouvant être générées et
les cas de chargements extrêmes seront simulés.
Il faut toutefois considérer que la forme particulière de la coque ne permet qu’une très légère
marge de manœuvre en ce qui concerne le positionnement. C’est pourquoi le facteur de
sécurité imposé devrait soutenir la structure en cas de toute éventualité.
Forces appliquées par les boulons de serrage Étant donné que certaines parties de la structure seront maintenues en contact par un système
de boulons, il faudra considérer, en plus des concentrations de contraintes ajoutées, qu’une
force est requise pour maintenir les pièces en contact. La table suivante [17] permettra de
simuler les bonnes forces de serrage en fonction des écrous choisis selon le dimensionnement
qui a été établi. Lors des simulations, ces valeurs ont été utilisées comme valeurs de
précontrainte dans les membrures au niveau des boulons.
Méthodologie utilisée Tous les avis du conseiller de stage ont été écoutés. À chaque rencontre, il a aiguillé ceux qui
travaillaient à ce projet sur les points importants. Il a émis des commentaires sur l’ordre logique
à suivre pour la recherche d’informations, les calculs à effectuer, le travail à faire. La logique a
été également utilisée pour accomplir la tâche et planifier l’horaire de travail.
Éléments de conception La modélisation d’un modèle fonctionnant par élévation a été faite, en effectuant une nouvelle
conception principalement du système de support afin de s’ajuster plus aisément au bateau du
promoteur, tout en respectant ses contraintes quant au support utilisé.
La modélisation a été effectuée avec le logiciel Solidworks [9]. Chacune des tubulures utilisées
lors de la modélisation est dimensionnée en fonction du matériel disponible sur le marché.
Figure 7 – Élévateur à bateau modélisé avec Solidworks
Par ailleurs, une analyse du sol présent sur les lieux a été faite afin d’évaluer la capacité portante
de ce sol. Cela a permis de déterminer de façon précise le dimensionnement des pattes
nécessaires afin de s’assurer que la structure reste en place et ainsi éviter l’enlisement.
Certaines requêtes du promoteur avaient pour but de surmonter des problèmes présents dans
les modèles de types commerciaux. Par conséquent, la conception du système de levage devait
être pensée pour éviter que les câbles ne circulent dans les profilés. Le dimensionnement du
câble, du treuil et des poulies a été fait pour résister aux tensions calculées sans toutefois
encombrer le système.
Recherche des différents fournisseurs de tubulaires
Pour effectuer une modélisation précise, il était nécessaire d’utiliser les spectres des différents
profilés disponibles sur le marché afin de modéliser le modèle avec des profilés existant.
Trois différents fournisseurs dans la région ont été identifiés pour obtenir les profilés
nécessaires à la conception. À ce jour, il reste cependant à communiquer avec deux fournisseurs
pour bien identifier les compositions des produits disponibles ainsi que leurs coûts.
Spectube
1152 Rue de la Manic
Chicoutimi, QC G7K 1A2
(418) 696-2545
Prix moyen : 7$/kg
Aluminium 6061 – T4 et T6
Aluminium 6063 – T4
Selon M. Simon Claveau *8+, travaillant chez Spectube, il est possible d’effectuer une
anodisation des profilés.
Coûts d’anodisation : 4 cents/ po. (Diamètre 1po)
Métalium
870 Rue Des Actionnaires,
Chicoutimi, QC G7J 4N3
(800) 337-1887
Prix moyen : 100/barre 21’
Aluminium 6063-T5
Métaux Russel
2420 Rue Bauman
Jonquière, QC G7S 4S4(418) 548-3103
Prix moyen : 2.50$/lb
Aluminium 6061-T6
Conception et dimensionnement
Pièces à concevoir Suite aux différents modèles d’élévateurs étudiés, il a été remarqué que l’ensemble des
modèles était généralement confectionné de la même façon.
En premier lieu, il y a un lit sur lequel sont appuyés les supports qui soutiennent le bateau. Ce
support doit résister aux charges appliquées par la masse du bateau tout en résistant aux forces
du système d’attache qui relie le lit à la seconde pièce maitresse de l’assemblage : la base. Cet
assemblage doit résister aux forces qui seront engendrées lorsqu’on surélèvera la charge. Il faut
par conséquent que le système résiste aux charges appliquées, et ce dans chacune des positions
d’élévation qui peuvent survenir. En dernier lieu, il faudra modéliser les supports qui seront en
contact direct avec le bateau, et qui répartiront la charge de façon adéquate sur le support pour
que les forces soient transmises de façon équivalente sur l’ensemble du lit.
Conception du lit
Pour faire la conception adéquate du lit, il a fallu commencer par la prise des mesures sur la
remorque du bateau du promoteur. Dû à la forme particulière du bateau utilisé, il était
nécessaire que les appuis soient positionnés exactement aux mêmes endroits que sur la
remorque. Chacun des points de contact a été mesuré. Cela a permis de déterminer la position
précise des six points d’attache entre les appuis et le lit.
À partir de ces positions, le modèle de lit a été conçu de façon à utiliser le moins de matière
possible tout en respectant les positions nécessaires et en facilitant les accès pour le système de
poulies. La figure 8 démontre le lit final.
Figure 8 - Représentation du lit de l’élévateur
La figure précédente démontre que les appuis sont situés directement sur les intersections des
profilés. Ce choix avait pour but de permettre un alignement plus facile des appuis par rapport
au bateau.
La conception de la structure du lit a été complétée afin de satisfaire trois conditions : avoir des
points d’appui aux mêmes endroits que sur la remorque, atteindre le poids le plus léger possible
et enfin, éviter que le lit n’entre en contact avec la base lors de l’élévation du bateau.
La conception préliminaire effectuée a été réalisée à partir de profilés rectangulaires de 4˝ X 2˝
X 0.125˝. La distance entre les deux extrémités les plus éloignées était de 113˝ et la largeur de
115˝.
Simulation et optimisation du lit Pour effectuer les simulations, il a fallu déterminer approximativement la distribution des forces
dans le système. Par conséquent, il a été supposé que la moitié de la charge était répartie sur les
quatre appuis de derrière et l’autre moitié de la charge sur les 2 supports à l’avant. Le lit a été
isolé du reste de l’assemblage en fixant les points d’attache au niveau des poulies.
Suite aux premières simulations élaborées, le système répondait bien en général aux forces
appliquées, mais deux problèmes majeurs ont été remarqués :
1. Obtention d’une flèche au centre du lit supérieur à 20mm;
2. Présence de déformation plastique au niveau des attaches de poulies.
Résolution du problème de flèche
Suite à ces problèmes, le modèle a été validé en mesurant la flèche à l’aide de la méthode des
singularités aux points critiques de déformation (voir Annexe D). Effectivement, le déplacement
calculé était d’environ 25mm, ce qui équivaut à une différence de 25%. Certains détails ont été
négligés lors de l’analyse, principalement l’impact des barres qui étaient perpendiculaires à la
barre mesurée. Le modèle a été considéré comme valide.
Pour résoudre le problème de flèche, des calculs à l’aide de la méthode des singularités ont été
réalisés pour que l’inertie du profilé ait une flèche acceptable. Selon le manuel de M. Beaulieu
*19+, pour qu’une flèche de structure en aluminium soit considérée acceptable, elle doit être
inférieure à 1/300 de la longueur totale. Dans le cas présent, la flèche maximale tolérable est
donc de 10mm.
Suite aux calculs théoriques effectués, en optimisant le profilé, il a été déterminé qu’un lit
composé de membrures rectangulaires de formats 5˝ X 3˝ X 0.25˝ obtiendrait une flèche
d’environ 11.5mm. Il s’agissait du diamètre de profilé le plus fort en inertie qu’il était possible de
se procurer tout en respectant les contraintes physiques de l’élévateur. Il a donc été décidé de
choisir ce profilé pour ensuite résoudre d’une autre façon le problème causé par la flèche qui
était encore 1.5mm trop haute. L’ajout de blocs aux extrémités des profilés à permis de réduire
la flèche à seulement 5 mm. Ces blocs sont décrits dans la section subséquente.
Résolution du problème au niveau des poulies
Lors des simulations, il y avait une déformation plastique très prononcée au niveau des attaches
de poulies. La méthode la plus simple pour prévenir cette déformation était d’épaissir la section
du profilé où il y a une attache entre la poulie et le lit. Il a donc été décidé d’insérer une section
rectangulaire pleine de 2.5˝ X 4.5˝ afin de combler le vide dans le profilé et d’offrir un support
mieux réparti et une concentration de contrainte beaucoup moins prononcée.
Les simulations effectuées par la suite ont prouvé effectivement qu’il y avait désormais une
absence de plastification au niveau des attaches. La longueur déterminée pour le bloc est de 25
pouces. Cependant, cette valeur pourra être optimisée lors de l’étude détaillée afin de
minimiser la masse totale, tout en conservant une flèche qui satisfait les standards et un facteur
de sécurité aux points d’attache qui empêche la plastification.
Le bloc sera composé de 3 plaques d’épaisseur 1.5‘’ et de 2.5’’ de hauteur.
Conception de la base La conception de la base de l’élévateur dépendait directement du système de levage choisi.
Comme démontré à la figure 26 de l’annexe B, le choix a été arrêté pour un système de levage
simple à poulie et avec un seul câble. Il fallait toutefois s’assurer que la conception permettait le
déplacement complet du lit sur toute la plage de hauteur déterminée. Il était également requis
qu’aucune interférence ne survienne ce qui pourrait causer des dommages aux systèmes de
poulies. Les principaux points à concevoir étaient le diamètre des pattes1, la hauteur du profilé
qui soutient le treuil ainsi que le système de soutien pour celui-ci, et enfin le dimensionnement
des membrures en compression qui soutiennent l’élévateur.
Afin de déterminer la hauteur à laquelle le treuil doit être positionné, il a fallu tenir compte des
lieux d’utilisations prévus pour l’appareil. La profondeur de l’eau présente à l’extrémité où le
treuil est positionné a été prise en compte. Par la suite, il fallait considérer la hauteur du quai
sur lequel se trouvera l’utilisateur. Enfin, une estimation d’une hauteur a été faite, pour laquelle
les risques de blessures lombaires sont le moins probables de survenir lors de l’élévation de
l’embarcation.
En considérant la profondeur de l’eau qui est de quatre pieds, le quai qui est surélevé d’un pied
et ayant estimé que 4.5 pieds est la hauteur de confort pour tourner la manivelle de façon
efficace, la hauteur de la membrure doit donc être à 9.5 pieds de hauteur par rapport à la
position la plus basse de la patte. À cause de la grande envergure de ce profilé, il a fallu diviser
le profilé en deux pour réduire la section critique. Des travers ont été ajoutés pour supporter
cette membrure afin éviter les déplacements latéraux.
Le treuil doit être positionné de façon précise, car le système de poulies requiert un alignement
adéquat. Par conséquent, il est nécessaire de concevoir un support qui, attaché à la membrure
du treuil, permettra d’installer et de désinstaller le treuil de façon efficace et simple lorsque la
saison débute ou se termine. Un support simple a été confectionné; il est fixé principalement
par soudure. Pour permettre l’alignement adéquat, un travers a été ajouté pour prendre en
charge le moment de force présent.
Le restant de la base de l’élévateur a été conçu en tant que treillis afin de bien prendre en
considération les forces de compressions appliquées au système. Il a cependant fallu laisser un
écart à certains endroits sur une distance de cinq pouces pour permettre au lit de parcourir
toute la course nécessaire à une élévation efficace. Cela sollicitera la pièce légèrement en
flexion dans ces zones. Toutefois, la courte distance entre les appuis a permis de négliger cette
contrainte et d’examiner plus attentivement les résultats de la simulation dans ces régions
précises.
1 Le diamètre des pattes a été calculé en fonction du sol présent sur les lieux d’utilisations. Ce
dimensionnement se trouve à la page 13.
Simulation de la base Pour parvenir à simuler correctement la base de l’élévateur, il a fallu procéder premièrement au
calcul des tensions dans le câble qui sert pour l’élévation. Par la suite, un tracé du diagramme
des corps libres aux différents endroits d’attache de la structure entre le câble et la base a été
effectué.
Au niveau du treuil, les forces imposées sont directement reliées à la force transmise dans le
treuil, mais imposées de façon équivalente sur les trois points d’attache. Au niveau de la fin du
câble, il a fallu approximer la zone de contact car le câble sera retenu à l’aide d’un œillet et le
rayon de courbure exact que le câble aura lors de son utilisation n’a pas pu être déterminé. Au
niveau du côté de la base opposé au treuil, un système de gousset à été fixé et les forces du
câble ont été réparties adéquatement sur chacun des goussets2.
Le système a été fixé au niveau des pattes pour simuler de façon significative les points de
retenue réels de la structure. La simulation a été validée grâce au calcul des singularités (voir
annexe E).
La simulation des pattes du système à différentes positions à été réalisée pour évaluer les
contraintes dans le profilé ayant l’aire la plus petite de tout l’assemblage.
Les simulations étaient concluantes à l’exception d’un détail. Il y a une flèche excessive au
niveau de la membrure du treuil et de la membrure du gousset frontal. L’étude détaillée suggère
donc de vérifier si l’ajout de membrure en diagonale est suffisant pour diminuer cette flèche.
Figure 9 : Simulation effectuée sur la base de l’élévateur
2 Les calculs de forces pour les goussets sont disponibles à la page 41.
Conception des appuis Lors de la conception des appuis, une attention particulière a été portée sur le choix du système
de fixation. Il fallait en premier lieu que les appuis se positionnent exactement aux mêmes
endroits que les appuis de la remorque. De plus, les appuis devaient être amovibles pour
permettre l’utilisation de l’élévateur même si le promoteur se procurait un bateau légèrement
différent, mais avec des dimensions similaires. Enfin, il fallait que les points d’appui prennent
contact avec les six intersections situées sur le lit.
D’abord, les types d’appuis utilisés sur les élévateurs disponibles sur le marché ont été analysés.
Cependant, il a fallu écarter ce système car les appuis n’étaient plus centrés directement sur le
lit. Par conséquent, il aurait fallu redimensionner le lit pour s’assurer que les supports arrivaient
convenablement. Malgré la possibilité de modifier les barres centrales du lit, il était impossible
d’écarter davantage les barres d’extrémités, car elles entraient alors en contact avec la base de
l’élévateur. Par ailleurs, l’utilisation du même système augmentait les chances d’obtenir un
mauvais positionnement des appuis. Une autre solution a donc été envisagée.
Il a fallu envisager une solution permettant un déplacement bi-axial tout en conservant le point
d’appui centré sur les intersections entre les membrures du lit. Il a donc été décidé d’utiliser un
système similaire à celui utilisé par les pattes.
Donc, des profilés de même taille que ceux utilisés pour les pattes de l’élévateur et le même
système de goupilles ont été utilisés. Les hauteurs requises pour permettre d’obtenir l’angle
nécessaire pour l’appui arrière de l’élévateur ont été déterminées. Dans l’autre axe, un système
de rotule permettant de s’ajuster à la coque du bateau est inséré.
Figure 10. Vue en coupe du modèle d’appui utilisé
Simulation des appuis Pour les simulations, seul le cas extrême de chargement, c'est-à-dire la combinaison de la masse
du bateau et des forces ajoutés dues à la pression dynamique causée par le vent, a été étudié.
Comme il y a deux types d’appuis, des simulations pour les deux modèles ont été réalisées et les
charges appliquées sont celles qui donnaient la plus grande résultante pour chacun des types
étant donné que la force variait d’un appui à l’autre dans le système sous l’effet du vent.
Figure 11. Simulation d’un appui d’extrémité
Les simulations ont montré que le système résiste de façon adéquate aux forces appliquées.
Cependant, dans le cas le plus contraint, sur l’appui avant, le coefficient de sécurité atteint ne
satisfait pas les exigences fixées au début qui était de trois. Il sera donc nécessaire dans l’étude
détaillée de vérifier les deux possibilités suivantes :
-Modifier le rapport entre l’épaisseur de la plaque supérieure et l’épaisseur de la partie
ajustable pour modifier la concentration de contrainte à l’intersection et augmenter le facteur
de sécurité;
-Modifier la section de l’ensemble, c'est-à-dire, changer le profilé extérieur 2˝ X 2˝ pour un
profilé de 3˝ X 3˝ et modifier le reste de l’ensemble en conséquence.
Il serait aussi bien de vérifier de façon exacte les cas extrêmes de chargement pour vérifier si un
coefficient de sécurité de deux pourrait être suffisant pour cette section de l’élévateur.
Cas critique de chargements
Différents cas d’instabilité
Lors de simulation avec le logiciel Solidworks, les cas où les déformations demeurent dans le
domaine élastique sont facilement évaluables. Par conséquent, en s’assurant de conserver un
coefficient de sécurité supérieur à un, les risques d’erreurs occasionnées par Solidworks lors de
déformations plastiques sont minimisés. Cependant, tout en demeurant dans le domaine
élastique, certains autres facteurs ne sont pas considérés par Solidworks et nécessitent certains
calculs manuels pour parvenir à s’assurer que la structure aura une parfaite stabilité.
Effectivement, pour cet élévateur, des profilés minces, sollicités principalement en flexion et en
compression, sont utilisés. Il était donc nécessaire de s’assurer que la structure résistait à la fois
au flambement, au déversement et au voilement local.
Flambement : Cette instabilité est créée lorsque les membrures sont soumises en compression
et que certaines conditions ne sont pas suffisantes pour contrer cet effort. La membrure est
donc considérée instable et flambe, elle ne retient plus aucune charge et peut ainsi provoquer la
rupture de la structure.
Voilement local : Cette instabilité est souvent présente lorsque des structures sont trop minces
pour soutenir la charge de compression et alors il y a une présence de plastification dans une
section de la paroi. Cela qui rend la membrure de plus en plus faible et peut aller jusqu’à causer
la rupture de la pièce.
Déversement : Lorsque les membrures sont sollicitées en flexion de façon trop élevée. Lorsque
le dimensionnement est incorrect, les pièces ont un risque d’effectuer une torsion, ce qu’on
appelle déversement.
Le flambement est déterminé par la relation suivante :
Où : Pcr = Force critique qui cause le flambement
E : Module d’élasticité
I : Moment d’inertie de la section
K : Facteur qui dépend des conditions de fixation de la membrure
L : Longueur de la membrure
Le voilement est déterminé par la relation suivante :
Où : σcr : la contrainte critique de la membrure
K 3: Facteur dépendant des contions de fixation de la membrure
E : Module d’élasticité
v : Coefficient de Poisson
b : Largeur de la section
t : Épaisseur de la section
Le basculement est déterminé par la relation4 suivante :
Où : Mcr : Le moment critique de déversement
L : Longueur de la membrure
E : Module d’élasticité
Iy : Moment d’inertie selon l’axe y
G : Module de rigidité
J : Constante de torsion
3 Le K du voilement est différent du K de flambement.
4 Cette équation est simplifiée pour les poutres carrées et rectangulaires.
Calcul d’instabilité
À l’origine, chacune des membrures critiques de l’élévateur a été définie et identifié selon la
figure5 qui suit :
Figure 12 - Représentation des membrures critiques évaluées
Il a été déterminé par calcul mathématique la contrainte critique pour chacune des membrures
A à F. Pour les membrures K et L, le moment critique de déversement a été mesuré.
Par la suite, les contraintes réelles exercées ont été évaluées à partir de simulations validées
obtenues sur Solidworks et dont les facteurs de sécurité étaient dans tout les cas supérieurs à
un. Les moments réels des membrures ont été déterminés à l’aide de la méthode de singularité
dans l’assemblage et ont été validés en comparant la flèche calculée avec la flèche simulée.
De cela résulte le tableau suivant :
Tableau 2 : Cas critique de chargement
5 La pièce F n’est pas représentée sur la figure, il s’agit des pattes de l’élévateur, mesurées entre le
dessous des pattes et le trou pour les pinnes les plus éloignées.
Visiblement, toutes les situations sont loin des cas critiques de chargement en partie parce que
les profilés sont de courte distance par rapport à leur périmètre, mais principalement parce que
les extrémités sont dans presque tous les cas encastrés et non-rotulés.
Dimensionnement des goussets pour les poulies sur la base de
l’élévateur
Figure 13 : Dimension des goussets en pouce
Les poulies ont quatre pouces de diamètre. Ces dimensions pour les goussets ont été
déterminées pour que le tout soit esthétique. Il a été décidé d’utiliser seulement quatre
boulons, un pour chaque coin du gousset, pour faciliter l’assemblage de l’élévateur.
Dimensionnement des boulons de maintien des goussets des poulies de la base
Les ronds bleus de la figure 13 représentent les trous des boulons de maintien des goussets.
Pour l’élévateur, un facteur de sécurité de trois a été déterminé. Les forces dans les poulies sont
de 5000N selon l’axe des X et d’Y.
Avec le facteur de sécurité de trois, la force tangentielle au gousset devient 21.2kN. Selon la
formule du livre de résistance des matériaux [18] :
AB étant l’aire du boulon et Su la contrainte ultime du boulon, les boulons ont été testés du plus
petit au plus grand jusqu’à obtention du facteur de sécurité de trois. L’aire d’un boulon ½’’ de
diamètre donne 126.68mm². Selon le site www.americanfastener.com [20], les boulons de
grade quatre ont une contrainte ultime de 689.5MPa.
Étant donné qu’on a deux rangées de boulons n = 2.
En supposant un coefficient de frottement de 0.1m, le joint peut supporter 21kN de force
tangentielle. La force tangentielle calculée est de 7071N ce qui donne un facteur de sécurité de
2.96. Comme la grosseur des trous dans le profilé de la base doit être minimisée, des boulons de
½’’ de diamètre de grade quatre sont choisis.
Calcul de l’espacement entre le trou de la poulie et le rebord du gousset
L’espacement entre le trou pour le boulon de la poulie et le rebord de du gousset est représenté
par a dans la figure 14. Selon la page 451 du livre Résistance des matériaux [18], a doit être au
minimum 2.65 fois plus grand que le diamètre du boulon. Comme les poulies ont 5/8’’ de
diamètre, le a minimum est de 1.65’’. Le a choisi est donc de 2’’ pour être certain qu’il n’y aura
pas de déchirement.
Dimensionnement des espacements entre les trous de fixation et les rebords des goussets.
Figure 14 : Espacement entre la bordure et les trous des goussets
Les diamètres des boulons (en bleu sur la figure X) sont de ½’’. Selon le livre : Calcul des
charpentes de l’aluminium [19] :
Calcul de l’épaisseur des goussets de la base
Calcul théorique
Selon la formule 7.27 du livre Calcul des charpentes de l’aluminium [19], l’épaisseur d’un
gousset se calcule comme suit :
Où :
est le coefficient de tenue pour le calcul des bâtiments : Tableau 3.5 [19]
m est le type de cisaillement : Cisaillement simple m=1 et cisaillement double m=2
est l’aire du boulon
est la charge de rupture en traction du boulon : Tableau 7.2 [19]
est la recommandation de la norme américaine pour le calcul aux états limites : Tableau 3.6
[19]
e est plus grand que 2d donc il égale 2d (Dimension dans la figure 14)
est la charge de rupture en traction du matériau du gousset
Le cisaillement simple se produit au niveau de la poulie et le double au niveau de la fixation du
gousset sur la base.
Calcul pour boulon en acier galvanisé avec cisaillement simple
Calcul pour boulon en acier galvanisé avec cisaillement double
Calcul pour boulon en acier inoxydable avec cisaillement simple
Calcul pour boulon en acier inoxydable avec cisaillement double
Comme le promoteur devra choisir entre les boulons en acier galvanisé ou les boulons en acier
inoxydable, l’épaisseur considérée sera la plus élevée, soit 11/16’’.
Simulation Solidworks
Les calculs des forces présentes dans les goussets selon la figure 15 ont été réalisés. La figure 15
représente une vue latérale des goussets avec la poulie.
Figure 15 : Force dans les goussets vue latérale
Conversion des mesures
2’’ = 0.0508m
¾’’ = 0.01905m
Les poulies ont des forces selon X et Y de 5000N. Seul le calcul selon l’axe Y sera réalisé car l’axe
X sera égal.
Calcul de FA :
Calcul de FB
Il est donc possible de conclure qu’un gousset aura des forces selon l’axe X et Y de 1875N et
l’autre gousset de 6875N selon ces deux axes. Le pire des cas a été considéré pour uniformiser
les goussets. Une force de 6875N dans les deux axes a été définie; ces forces sont représentées
par des flèches roses dans les figures 16, 17 et 18. Les boulons supportant les goussets sont
considérés fixes.
Dimensionnement de l’épaisseur des goussets
À l’aide de Solidworks, des épaisseurs différentes ont été simulées jusqu’à obtention d’une
épaisseur qui donnait un facteur de sécurité supérieur à trois. Les simulations sont débutées à
1/16, puis 1/8 et 3/16’’ et l’objectif a été atteint avec l’épaisseur de 3/16’’.
Figure 16 : Facteur de sécurité avec épaisseur de 1/16’’
Figure 17 : Facteur de sécurité avec épaisseur de 1/8’’
Figure 18 : Facteur de sécurité avec épaisseur de 3/16’’
Il est possible d’observer que les contraintes de déformations plastiques ont un coefficient de
sécurité supérieur à trois lorsque l’épaisseur est de 3/16‘’. Toutefois, est prise en compte
seulement l’épaisseur la plus grande entre la simulation par élément fini et les calculs à la main
contre le déchirement. Une épaisseur de 11/16’’ est donc choisie.
Calcul pour le choix des pinnes des pattes
Pour le calcul de la force de cisaillement, le poids du bateau divisé en quatre est utilisé (dû au
nombre de pattes).
Il faudra choisir des pinnes de ¼’’ de diamètre qui peuvent résister à une force de cisaillement
de 88.71MPa. Pour l’analyse détaillée, il faudra vérifier expérimentalement la répartition du
poids du bateau.
Longueur des pinnes des pattes
La longueur des pinnes des pattes doit être de 2 ½’’. Cette longueur repose sur le fait que les
pattes sont faites d’un profilé de 2’’X 2’’. Le demi-pouce de jeu est pour laisser de la place à la
barrure mécanique. Il est important de minimiser la longueur des pinnes pour qu’il n’y ait pas
d’entrave mécanique.
Calcul pour le choix des pinnes des appuis du lit
Pour le calcul de la force de cisaillement, le poids du bateau divisé en six, dû au nombre des
appuis, est utilisé tout en supposant une répartition égale du poids sur ces six appuis. Pour
l’analyse détaillée, il faudra vérifier expérimentalement la répartition du poids du bateau.
Il faudra choisir des pinnes de ¼’’ de diamètre qui peuvent résister à une force de cisaillement
de 88.71MPa.
Longueur des pinnes des appuis du lit
La longueur des pinnes des supports doit être de 2 ½’’ pour celles de la base et de 1 3/4’’ pour la
partie articulée. Ces pinnes sont choisies selon les mêmes contraintes de dimensionnement que
les pinnes des pattes.
Dimensionnement des accessoires de levage
Calcul des forces des poulies et de la tension du câble
Pour faire ces calculs, il devait être pris en compte le poids du bateau, de son équipement et le
poids de l’eau qui entre dans le bateau. Le poids du bateau étant 3200 livres, un poids total de
4500 livres est considéré. L’élévateur n’étant pas conçu pour soulever des personnes à bord,
cette charge n’a pas été prise en compte. Le système de levage devait être simple à assembler
et il ne devait avoir aucun câble de levage qui passait dans les profilés. Pour pouvoir l’élever de
34 pouces, un principe fonctionnant avec six poulies de quatre pouces, un câble et un treuil
manuel a été conçu. Comme tous les angles dans le câble sont en 90 degrés et que les forces
sont uniquement verticales, les forces ont été schématisées sur un plan.
Le point A est une représentation du câble qui fait le tour d’un profilé de la base et est attaché
sur lui-même avec deux serre-câbles.
Les points B, C, F, G situés au milieu des poulies, représentent les boulons qui maintiennent les
poulies sur le lit de l’élévateur.
Les points D et E, situés au milieu des poulies, représentent les boulons qui maintiennent les
poulies sur la base de l’élévateur. Le carré avec le T au centre représente le treuil.
Les quatre Wb sont une représentation du poids du bateau réparti également sur le lit. Comme
le lit repose uniquement sur la partie arrière du bateau, les forces sont considérées comme
égales malgré le fait que le bateau soit plus lourd à l’arrière.
T1, T2, T3, T4, T5, T6 et T7 représentent les tensions dans le câble entre les poulies et les points
d’attaches.
Figure 19: Représentation des forces de l’élévateur sur un plan
Calcul des forces Wb
Le bateau pèse 4500livres ou 2045 Kg
Calculs des forces verticales
Wb = Bv = Cv = Fv = Gv
Forces du système de levage
Tableau 3 : Forces du système de levage
Dimensionnement du câble
On peut constater que T1 = T2 = T3 = T4 = T5 = T6 = T7 = 5000N.
Selon le Guide d’élingues pour capacité de levage de la compagnie Lam-e (voir l’annexe B);
notez que le guide est en tonne de 2000 livres.
Conversion Newton en tonne de 2000 livres :
Selon le Guide d’élingues pour capacité de levage de la compagnie Lam-e (voir l’annexe B), un
câble de ¼ pouce à une capacité de 0.65 tonne de 2000 livres. Le câble a un facteur de sécurité
de cinq donc c’est le câble idéal.
Longueur du câble : 60’; il a été calculé 3’ pour l’enroulement dans le treuil au point le plus bas.
Méthode d’attache au point A : Le point A (voir figure 19) est une boucle autour du profilé de la
base. Elle sera maintenue par deux serre-câbles qui seront serrés à 30 pieds-livres tels que le
démontre le tableau 4. Ils devront être installés selon la méthode de la figure 20 et de la figure
21. [23]
Tableau 4 : Détermination du nombre de serre-câbles et couple de serrage.
Figure 20 : Méthode correcte et incorrecte pour l’installation des serres câble
Figure 21 Méthodes d’installation des serres câbles
Dimensionnement des poulies
Les poulies pour les câbles sont conçues pour une dimension de câble seulement. Elles sont
conçues pour supporter la charge du câble. Le choix de la poulie a été arrêté sur une poulie en
acier inoxydable ou en acier galvanisé conçue pour câble de ¼ pouce de diamètre. Des poulies
de 4’’ de diamètre sont nécessaires pour laisser un dégagement entre le câble et le lit de
l’élévateur.
Dimensionnement du treuil manuel de levage
La tension que le treuil doit supporter est celle dans le câble qui est 1123.65 lb. Le modèle du
treuil est un Jeamar WMG 1100 (voir annexe B). D’autres peuvent être utilisés, mais ce modèle
semble optimal. Le modèle GW 1100 peut être aussi utilisé, mais il est moins esthétique. Il
faudrait par exemple faire une autre étude pour savoir si la base de l’élévateur résisterait pour
ce treuil, car ils n’ont pas la même géométrie de fixation. Il y a une charge maximale de 1100
livres. Étant donné qu’il a un facteur de sécurité de cinq et que pour ce projet un facteur de
sécurité de trois est correct parce qu’il n’y a personne qui peut aller sous la charge, ce faible
dépassement est donc négligeable.
Calcul de cisaillement dans les boulons d’attache des poulies
Toutes les poulies ont des forces de 5000N par rapport à l’axe X et par rapport à l’axe Y (voir
Tableau 3). Selon la formule 2/3 du livre de mécanique de l’ingénieur statique [24] :
Selon le livre de résistance des matériaux [18], les boulons des poulies ont un diamètre de 5/8’’
ce qui donne 15.9 mm en système métrique.
Calcul de cisaillement dans les boulons d’attache du treuil
Les trois boulons qui retiennent le treuil en place ont un diamètre de 13mm. La force qui agit sur
le treuil est celle qui correspond à la tension dans le câble (voir Tableau 3).
Choix des matériaux pour éviter la corrosion
Pour les profilés, un alliage de type 6061-T6 a été choisi parce qu’il a une bonne résistance à la
corrosion.
Corrosion
Selon le livre Calcul des charpentes de l’aluminium [19], il existe plusieurs formes de
corrosion de l’aluminium. Il y a plusieurs types de corrosion possible pour ce projet. Voici
les différents types qui sont probables pour l’alliage 6061-T6.
La corrosion sous dépôt
Elle se propage entre deux plaques d’aluminium avec un faible espacement plongé
longuement dans l’eau. Pour éviter ce phénomène, il faut éviter les soudures discontinues.
La corrosion galvanique
Selon le livre Calcul des charpentes de l’aluminium [19], une corrosion galvanique se
produit lorsque les deux métaux en contact ont une différence de potentiel d’au moins
100mV. L’aluminium 6061 T6 utilisé dans tous les profilés à un potentiel de -740 mV. Pour
les assemblages, il existe deux choix : des éléments d’assemblage en acier ordinaire (-610
mV) ou en acier inoxydable (-100 mV).
Assemblage hétérogène non immergé
Contact avec l’acier non-allié et l’aluminium : corrosion superficielle, affecte uniquement
l’aspect esthétique. Elle se forme sur les zones de contact et forme des coulures de rouille.
Contact avec l’acier inoxydable et l’aluminium : même si la différence de potentiel en le 6061 T6
et l’acier inoxydable est de l’ordre de 840 mV, il n’y a généralement pas de corrosion galvanique.
La surface passive de l’acier inoxydable évite les réactions d’oxydoréduction.
Pour l’assemblage non-immergé, le promoteur choisira ce qu’il préfère entre l’économie ou
l’esthétisme pour les boulons.
Assemblage hétérogène immergé
Pour les assemblages hétérogènes immergés, il faut absolument isoler les deux métaux.
Pour ce faire, un joint isolant en élastomère comme le montre la figure 22 sera utilisé.
Figure 22. Isolement entre l’aluminium et un autre métal
Il existe d’autres types de corrosion pour l’aluminium. Plusieurs ont été écartés parce qu’ils
ne s’appliquaient pas à ce système. Sont écartées : la corrosion généralisée, par piqûres,
transcristalline, feuilletante, sous contrainte, filiforme, à la ligne d’eau et d’érosion.
Influence des soudures sur la corrosion
Tant que le soudage est fait dans les règles de l’art, avec des fils d’apport recommandés par
les normes, l’expérience montre que le cordon de soudure et la zone affectée
thermiquement ne sont pas une zone préférentielle de corrosion sur les assemblages
soudés des alliages des séries 6000. [19]
Procédure d’assemblage et démontage
Premier assemblage
Toutes les soudures doivent être faites avec un matériau d’apport d’alliage 4043. De plus,
lorsque l’alliage 4043 est utilisé pour souder du 6061, il a une susceptibilité minimale à la
fissuration à chaud [19]. Il faudra faire des soudures continues sur tous les joints entre les pièces
métalliques.
Ordre de fabrication des pièces.
Souder les profilés selon le plan :
Plan Profilés et épaisseur Procédure d’assemblage
Nom de la partie Base côté treuil
Pièce A Pièce H Pièce I Pièce G Pièce C2
Métal 4’’X2’’ - 1/8’’
2’’X2’’ – 0.188’’ 1½’’X 1½’’ -0.188’’
Souder Pièce A Souder Pièce H
Faire Pièce I Faire Pièce C2
Souder pièce A, H, I et C2 ensemble (souder G et percer les trous pour les pinnes) X 2
Fixer les Pièces G avec A avec des pinnes ¼’’ Boulonner le treuil avec des boulons 17/32’’ en acier
inoxydable
Nom de la partie Base côté gousset
Pièce B Pièce G
Métal 4’’X2’’ - 1/8’’
2’’X2’’ – 0.188’’ 1½’’X 1½’’ -0.188’’
Souder Pièce B (souder G et percer les trous pour les pinnes) X 2
Fixer les Pièces G avec B avec des pinnes ¼’’ Installer les 2 goussets avec des boulons en acier
inoxydable 1/2’’ de grade 4 Installer les 2 poulies avec des boulons de 5/8’’ en
acier inoxydable
Nom de la partie Lit de l’élévateur
Pièce D Pièce E Pièce F Pièce J Pièce K
Métal 5’’X3’’ - 1/4’’
2’’X2’’ – 0.188’’ 1½’’X 1½’’ -0.188’’
Bois J : 2’’X6’’X12’’ K : 2’’X6’’X56’’
Souder Pièce D (Souder Pièce E et fixer avec pinnes ¼’’) X 4 (Souder Pièce F et fixer avec pinnes ¼’’) X 2
Souder Pièce D avec les bases de E et F ensemble Viser les Pièces J et K avec les pièces E et F
Visser une bande de caoutchouc sur la surface supérieure des pièces J et K.
Installer les 4 poulies avec des boulons de 5/8’’ en acier inoxydable (mettre des rondelles isolantes)
Nom de la partie Membrures latérales
Pièce C1 Métal
4’’X2’’ - 1/8’’ Percer les trous pour les boulons de fixations
Tableau 5 : Méthode d’assemblage
Assemblage
Boulonner les deux membrures latérales avec la partie Base du côté treuil, boulonner avec la
partie Base côté gousset.
Mettre les pattes à leur hauteur minimale et mettre ensuite l’élévateur au niveau. S’assurer de
mettre les barrures des pinnes.
Mettre le lit au centre de la base et passer le câble du treuil dans les poulies comme le
démontre la figure 19. Installer deux serre-câbles selon la Figure 21. Utiliser une force de
serrage de 30 pieds-livres. Couper l’excédant de câble.
Démontage
Baisser le lit au minimum. Desserrer les serre-câbles. Dépasser tout le câble des poulies. Sortez
le lit de l’eau. Dévisser les deux membrures latérales; pour votre sécurité, demander à
quelqu’un de tenir les côtés lors du démontage.
Entretient
Après le démontage, il faudra nettoyer l’élévateur. Il faudra brosser toutes les surfaces avec une
brosse à poils non-métalliques. Il faudra inspecter tous les trous des boulons pour vérifier s’ils
sont évasés. S’ils sont évasés, il faudra installer des rondelles de diamètre plus grand lors du
montage pour avoir un meilleur maintien.
Entreposage S’assurer qu’il ne reste plus d’eau dans les profilés. Entreposer de préférence dans un endroit
sec et à l’abri des intempéries. Le poids de la neige pourrait déformer les profilés.
Évaluation des coûts
Fournisseur Date de soumission
Prix
Profilé en Aluminium
10 mars 2010 700$ (30% de perte)
Treuil
13 avril 2010 1450$
6 poulies de 4’’
6 avril 2010 590$
60’ de câble acier inoxydable 304
6 avril 2010 105$
Bois de construction 2’’X 6’’X 12’
20 avril 2010 5$
Quincaillerie 100$
TOTAL 2960$ + Tx
Le calcul de coûts préliminaire est donc d’approximativement 3000$. Certains facteurs de
l’étude détaillée permettront toutefois de diminuer le coût pour satisfaire les critères initiaux où
la limite fixée était de 2500$.
En modélisant un nouveau support pour le treuil, et en validant de nouveau les analyses, il est
possible de considérer le treuil GW 1100 (annexe B) qui est à un coût inférieur de 900$. Il n’a
toutefois pas été considéré dans notre analyse, car le moment de force dans la membrure du
treuil état amplifié par rapport au modèle choisi. D’autre part, il n’y a que très peu
d’optimisation de matériel qui a été effectuée dans l’analyse préliminaire. Par conséquent, lors
de l’étude détaillée, il sera possible de diminuer certaines sections en épaisseur ou en
dimension. En effet, les limitations du système étaient généralement aux environs des trous
alors que la contrainte générale avait un facteur de sécurité beaucoup plus élevé. Enfin, la perte
de 30% est totalement fictive. Le calcul des pertes réelles dans l’étude détaillée permettra de
diminuer également les coûts totaux.
Bilan des activités
Arrimage formation pratique/universitaire Ce projet fut très instructif pour les coéquipiers. Il a permis de mettre en pratique la partie
théorique apprise lors de la formation universitaire à un projet concret. Plusieurs cours
universitaires touchaient à la partie calcul et approche de ce projet. Voici quelques exemples.
-La partie de calculs de force rejoignait le cours de Mécanique pour ingénieur, pour ce qui
concerne le calcul des moments et du système de forces dans les poulies.
-La partie calculs manuels pour vérifier Solidworks reposait sur le cours de Résistance des
matériaux. Ce cours a été utile pour le calcul de flambement, de voilement, de voilement local
et de cisaillement.
-Le cours Conception assistée par ordinateur a grandement aidé pour la partie simulation avec
Solidworks, que ce soit pour la modélisation ou la simulation des forces et des contraintes de
l’élévateur.
Les deux coéquipiers ont fait beaucoup de recherches par eux même pour livrer un travail de
qualité, que ce soit pour la capacité portante du sol, la prise au vent, le dimensionnement des
goussets, les grades des boulons, le dimensionnent du câble, les choix d’un facteur de sécurité,
la méthode de serrage des serres câble, etc.
Un cours portant uniquement sur le dimensionnement des éléments mécaniques aurait été
intéressant dans la formation universitaire suivie par les équipiers. Des notions d’optimisation
de profilés auraient également pu être jointes dans ce cours. Avoir des notions sur les soudures
serait intéressant.
Il existe une lacune académique dans le cas de M. Eric Fillion. Eric suivra le cours de Conception
assistée par ordinateur seulement à la session d’automne 2010. Il a dû prendre les bouchées
doubles pour apprendre un nouveau programme. Son coéquipier a répondu à ses questions
lorsqu’il était bloqué. Avoir ce cours plus tôt dans le cheminement académique aiderait pour les
projets.
Travail d’équipe Les deux équipiers ont appri beaucoup dans le projet. Il y avait une bonne complicité dans
l’équipe : quand un équipier apprenait quelque chose, il partageait son savoir avec l’autre. Lors
de problématique, les deux équipiers se penchaient sur la question et donnaient leur point de
vue afin de résoudre le problème ensemble. Il est arrivé également que chacun résoude leur
problème en faisant des recherches dans des livres, sur internet ou en demandant de l’aide à
des professeurs.
Travail réalisé par les deux membres de l’équipe
Échantillonnage du sol pour le test de cisaillement du sol
Prise de mesure des points d’appui du bateau sur sa remorque
Test de cisaillement du sol
Recherche de fournisseurs de profilés en aluminium
Conception sommaire des plans des deux types d’élévateur à modéliser
Résumé de rencontre avec Daniel Marceau
Alignement parfait des poulies pour mettre les forces uniquement selon Y
Demande d’informations supplémentaires auprès du promoteur
Calcul du coût du projet
Rédaction du rapport
Travail réalisé par M. Lukas Dion
80% modélisation de l’élévateur final
Échéancier
Recherche sur le facteur de sécurité
Calculs sur le flambement
Calculs sur le voilement
Calculs sur le déversement
Conception du lit de l’élévateur
Conception de la base de l’élévateur
Simulation à l’aide de Solidworks : des pattes, de la base, du lit, des goussets, des appuis en V,
du support du treuil
Validation des simulations avec méthode des singularités
Travail réalisé par M. Eric Fillion
20% modélisation de l’élévateur final
Recherche fournisseurs d’élévateur à bateau
Comparaison des différents types d’élévateur
Recherche sur les systèmes de levage
Conception du système de levage
Dimensionnement du treuil, du câble, des poulies, des goussets, des boulons, des pattes, des
pinnes
Recherche sur la méthode d’installation et de serrages des serre-câbles
Recherche de fournisseurs et demande de soumissions pour le système de levage
Conception du support du treuil
Conception des appuis sur le lit
Recherche sur la corrosion
Respect de l’échéancier
Figure 23. – Échéancier
Il est possible d’observer que l’échéancier comportait un cheminement critique qui était en
fonction de la phase de modélisation et de la phase de simulation. Le tout était combiné avec la
rédaction des rapports qui étaient à remettre à des dates fixes. Puisque ce projet avait un
objectif précis et des résultats attendus, il était important de toujours se maintenir à jour sur le
cheminement critique afin de réussir à publier des résultats pour la date prévue.
Pour parvenir à respecter l’échéancier, il a fallu quelques fois déplacer des tâches qui étaient
moins préoccupantes pour parvenir à terminer d’autres tâches plus importantes à finaliser. Par
exemple, la recherche de fournisseurs des éléments de levage été légèrement retardée pour
privilégier la recherche des profilés pour chacun des fournisseurs de la région.
Enfin, afin d’obtenir des résultats plus précis résultants des simulations, il a fallu écarter la phase
de test en laboratoire qui aurait permis de valider quelques-uns des résultats obtenus d’une
autre façon. L’approche par la validation à l’aide de calculs mathématiques était suffisante et
moins exigeante en temps.
Analyse et discussion La démarche qui a été suivie a permis d’obtenir des résultats préliminaires et de concevoir un
système permettant l’élévation d’un bateau de 21 pieds ayant une masse approximative de
4500 lb. Pour ce faire, une examination des prototypes existants sur le marché a été faite. Par la
suite, une étude des lieux d’utilisation prévus pour l’appareil qui devait être conçu a été menée.
Il a ainsi été possible d’obtenir une idée générale qui a permis d’éliminer les prototypes qui ne
satisfaisaient pas les contraintes d’utilisation en fonction des lieux. Avec deux prototypes
existants retenus, une étude préliminaire par éléments finis a été faite.
Le processus de sélection a toutefois été laborieux et a pris beaucoup de temps. Il aurait été
préférable d’établir premièrement les points forts et les points faibles des prototypes de façon
détaillée pour éliminer tout de suite le modèle le moins avantageux et exécuter des analyses
préliminaires. Par la suite, refaire le même processus sur le modèle rejeté pour vérifier de façon
tangible le potentiel de cet élévateur.
Pour les analyses par éléments finis, le logiciel Solidworks a été retenu car il s’agissait du seul
logiciel de modélisation qui a été présenté au cours du cheminement universitaire des
équipiers. Bien que ce logiciel offre de la facilité pour la modélisation des pièces simples, il était
parfois très difficile de procéder à la modélisation complète d’un assemblage. De plus, la logique
d’assemblage de Solidworks est assez complexe et les limitations apparaissent rapidement. Cela
rend très difficiles les modifications subséquentes d’une combinaison d’assemblage. Il aurait été
intéressant d’examiner d’autres logiciels de simulation comme Catia ou ANSYS qui auraient
permis de développer certains langages de programmation plus complexes et souvent utilisés
dans les industries.
Enfin, les résultats qui ont été obtenus avec Solidworks ont permis de concevoir un système
d’élévation à bateau qui satisfaisait à chacune des exigences de départ. Cependant, les
difficultés éprouvées avec Solidworks ont retardé les simulations et il a été impossible de
procéder à la phase d’optimisation du système. Il serait donc incorrect de conclure que
l’élévateur est entièrement terminé, mais la phase de conception est entièrement complétée.
Conclusion
À la suite de ce rapport, il a été possible de concevoir de façon méthodologique un prototype
d’élévateur à bateau satisfaisant à chacune des contraintes du promoteur et à chacune des
contraintes physiques imposées par les lieux d’utilisations et les charges imposées.
Comme mentionné dans la section précédente, il a été toutefois impossible de délivrer une
étude détaillée qui permettrait la construction de l’élévateur suite à l’approbation d’un
ingénieur. Cependant, ce rapport préliminaire comprend tous les détails concernant les
éléments d’assemblage et les éléments de levage du système.
Enfin, seulement quelques simulations de cas extrêmes seront nécessaires et la validation des
solutions proposées. Cela permettra à l’étude préliminaire d’être suffisamment détaillée pour
procéder à la construction de l’élévateur. L’ensemble des simulations requises et des solutions
proposées sera inscrit dans la section recommandations.
Recommandations
Suite au rapport, il y a deux sortes de recommandations émises. Les simulations détaillées à
compléter et les éléments à optimiser.
Simulations à effectuer :
Calculer le centre de gravité du bateau de façon précise afin de vérifier les risques de
déversement frontal du bateau. (Voir Page 19)
Calculer de façon précise la pression exercée par le vent en considérant l’équation de Bernoulli
appliqué en tenant compte des conditions des lieux d’utilisations.
Considérer l’ajout de membrures diminuant la flèche aux extrémités supérieures des côtés
avant de l’élévateur, soit la membrure du treuil et la membrure du gousset avant.
Vérifier les cas de chargements où la charge n’est pas répartie uniformément et de façon
symétrique dans le bateau
Vérifier l’effet du mouvement de liquide à l’intérieur du bateau lors de l’élévation
Vérifier la flexion dans les extrémités qui ne sont pas chargées comme des treillis
Évaluer correctement la masse totale du bateau et inclure la masse du lit
Optimisation à effectuer :
Optimiser les blocs insérés dans les extrémités du lit pour diminuer la masse totale en
conservant l’absence de plastification au niveau des poulies.
Optimiser le format des membrures qui sont soumises à des contraintes où le coefficient de
sécurité est supérieur à trois.
Vérifier si l’effet de succion entre le bateau et la surface de l’eau est négligeable
Procéder à l’insertion de bague dans les trous de fixations.
Bibliographie [1] Boatliftwarehouse. (Page consultée le 2 février 2010). Élévateur à bateau, [En ligne]. Adresse URL: http://www.boatliftwarehouse.com/boat_lifts/lake_lifts.php [2] Shore-mate. (Page consultée le 2 février 2010). Élévateur à bateau, [En ligne]. Adresse URL: http://www.shore-mate.com/boatmanual.shtm [3] Floeintl. (Page consultée le 2 février 2010). Élévateur à bateau, [En ligne]. Adresse URL:http://www.floeintl.com/docks.asp?pageName=docksLiftsVSDTechnology&sm=4 [4] Les quais de l’Estrie. (Page consultée le 2 février 2010). Élévateur à bateau, [En ligne]. Adresse URL: http://www.docks.qc.ca/fr/elevateurs-bateaux [5] Les quais Bertrand. (Page consultée le 2 février 2010). Élévateur à bateau, [En ligne]. Adresse URL: http://www.quais-bertrand-docks.com/ [6] Les quais Beaulac. (Page consultée le 2 février 2010). Élévateur à bateau, [En ligne]. Adresse URL: http://www.quaisbeaulac.com/elevateurs.html [7]Information sur les appareils de levage. [Entrevue]. Denis Gauthier, Directeur Général chez Martial Gauthier. Entrevue par Eric Fillion. (20 min.) (Martial Gauthier [8] Profilé par extrusion. (2010, 1er février) [Entrevue]. Simon Claveau, Ingénieur chez Alfinity. Entrevue par Lukas Dion et Eric Fillion. (60 min.) [9] (2009). Solidworks (version 3.0), [Logiciel]. DLE, 2009 [10] La capacité portante. (2010, 2 février) [Entrevue]. Jean-François Noel, professeur à l’UQAC. Entrevue par Lukas Dion et Eric Fillion. (60 min.) [11] Laboratoire géologique. (2010, 8 février) [laboratoire].Maryse Doucet, technicienne à l’UQAC. Entrevue par Eric Fillion et Lukas Dion. (120 min.) [12] Morin, Pierre,; Société canadienne de géotechnique. Comité technique sur les tunnels et les ouvrages souterrains .Societe canadienne de geotechnique. Richmond, B.C. 1994 [13] Jeamar. (Page consultée le 17 février 2010). Appareil de levage, [En ligne]. Adresse URL: http://www.jeamar.com/ [14] Coffin Hoist. (Page consultée le 17 février 2010). Appareil de levage, [En ligne]. Adresse URL: http://www.coffinghoists.com/
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[21] GOOGLE, Google Maps, Outil consulté le 10 avril 2010, [En ligne]
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[24]MERIAM J. l. et L.G. Kraige. Mécanique de l'ingénieur : statique, Repentigny, Les
Éditions Reynald Goulet inc., 1996, 522 p.
Annexe A – Calcul en laboratoire
Résistance
cisaillement
Contrainte
effective
25,8 25,4
40,6 38,6
58,4 63,5
Calcul de l’angle de frottement = arctan (38,6/40,6) = 43,55
Tableau 6 : Contrainte de cisaillement en fonction de la contrainte normale
Annexe B – Composantes du système de levage
Figure 25 – Câbles disponibles en fonction de la tension.
Figure 26 - Treuil à fixation murale fait d’acier galvanisé : Capacité entre 660 à 2200 livres. [13]
Figure 27 – Schéma détaillé du système de treuil sélectionné.
Figure 28 - Treuil à deux vitesses : Capacité entre 550 à 11 000 livres. [13]
Annexe C – Risques de déversement causé par le vent Risque frontal Risque latéral
Annexe D – Calculs de singularité appliquée sur le lit
Validation du modèle :
Optimisation des profilés du lit :
Annexe E – Validation du modèle utilisé pour la base
Annexe F - différents modèles d’élévateur envisagé
Modèle 1
Lit envisagé, mais rejeté, car trop de matériau
Modèle 2
Modèle 3
Modèle 4
Modèle 5
Annexe G – Plans de l’élévateur
