SP7 : Électronique Système Positionnement Allocatio n Câble Environnement ( E-SPACE)
Comportement mécanique d'un faisceau de câble automobile
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Travaux de Gwendal CUMUNEL
présentés par Olivia PENAS
LISMMA - Supméca
d'un faisceau de câble automobile
Plan
� SP7: ESPACE
� Problématique� Cas d’étude� Problèmes identifiés
� Etat de l’art
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� Etat de l’art
� Logiciels commerciaux� Recherche dans le domaine et connexe
� Avancement
� Arrangement des câbles� Expérimentation� Simulation dynamique� Suite …
Problématique� Avant : 2D contractuel
� A partir schéma électrique + longueur des câbles
� Maintenant: 3D contractuel
� Environnement véhicule (constructeur) => cheminement souhaité pour le faisceau
� Procédé de fabrication doit garantir le positionnement dans l’espace du faisceau� Procédé de fabrication doit garantir le positionnement dans l’espace du faisceau
� Fabrication du faisceau à plat
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Mise à plat du faisceau
Présentation
� Phase 1: (du 11/07 au 07/08)
� Partenaires: LEONI (Leader), Dassault Systèmes, Supméca.
� Démonstrateur: faisceau sous-capot moteur (câblage inter-appareil).
� Faisceau = enveloppe de différents faisceaux (pris en compte pour plusieurs configurations de moteur possibles).
� Situé dans la zone moteur, la plus exposée au niveau thermique, vibratoire et de plus l’environnement est réduit.vibratoire et de plus l’environnement est réduit.
� Tout problème peut entraîner une panne véhicule, le faisceau est donc un élément critique.
� Phase 2: (du 08/08 au 04/11)
� Partenaires: LEONI (Leader), Dassault Systèmes, Supméca, Haption, Dynamic 3D.
� Démonstrateur: faisceau siège� Faisceau moins complexe
� Prototype physique déjà existant
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Mise en évidence des lacunes du modèle dans le module Flex(EHI-Catia V5) actuel � Faisceau = câble équivalent (tuyau)
� défini uniquement par un point et une ligne neutre (section circulaire)
� ne tient pas compte des propriétés des câbles le constituant.
� Torsion (ou vrillage) non prise en compte
� Choix du module d’Young très limité
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Grégoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.
Bibliographie
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Bibliographie
Logiciels CAO
CATIA Equipment and systems
CoCreate Cabling
Solid Edge Edge Wire HarnessNX Electrical and Mechanical Routing
NX I-deas Harness Design
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INVENTOR Conception de câbles et de faisceaux
Pro/ENGINEER Pipping and cabling extension
SolidWorks Routing
� Logiciels en Réalité Virtuelle:� IC:IDO & FleXilution: IDO:Flexible
� FleXilution: fleXengine
� Haption: plug-in IFC (Haptique)
� Recherche:
� Automobile: � Theetten A., Grisoni L., Andriot C., Barsky B., « Geometrically exact dynamic
splines », Computer-Aided Design, 40(1) (2008) 35-48.
� Gregoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.
Flexilution
Theetten A.
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(Allemagne), 2007.
� Animation:� Baraff D., Witkin A., « Large Steps in Cloth Simulation », SIGGRAPH’98, Orlando,
Juillet 1998, pp 43-54.
� Spillmann J., Teschner M., « An Adaptative Contact Model for the Robust Simulation of Knots », Eurographics’2008.
� Mécanique:� Ghoreishi S.R., « Modélisation analytique et caractérisation expérimentale du
comportement de câbles synthétiques », Thèse, Ecole Centrale Nantes, 2005.
� Giry E., « Prise en compte des interactions de contact-frottement entre fils d’armure pour la modélisation éléments finis d’un pipeline flexible en grandes transformations », Thèse, ECP, 2002.
Spillmann J.
Barraff D.
Ghoreishi R.
Giry E.
Theetten A.
� Réalité virtuelle� Nocent O., « Animation dynamique de corps déformables continus : application
à la simulation de textiles tricotés », Thèse, Université de Reims, 2001.
� Lenoir J., « Modèle déformable 1D pour la simulation physique temps-réel », Thèse, Université de Lille, 2004
� Theetten A., « Splines dynamiques géométriquement exactes: simulation haute performance et interaction », Thèse, Université de Lille, 2007.
� Mikchevitch A., « Méthodologie de simulation d’assemblage/désassemblage de composants flexibles : Application à la simulation de pièces de type poutres flexibles dans un environnement de réalité virtuelle », Thèse, INPG, 2004.
� Rattay O., « Two-Handed Input Device for Flexible Parts », Thèse, Université de Düsseldorf, 2007.
Lenoir J.
Nocent O.
Lenoir J.
03/05/2010 9
Düsseldorf, 2007.
� Goebbels G. and co, « Real-time dynamics simulation of cables, hoses and wiring harnesses for high accuracy digital mock-ups and load analysis », Automotive Power Electronics Conference, Paris, September 2007.
� Duriez C., « Contact frottant entre objet déformables dans des simulations temps-réel avec retour haptique », Thèse, Université d’Evry, 2004.
Lenoir J.
Mikchevitch A.
Rattay O.Goebbels G.
Duriez C.
� Logiciels en Réalité Virtuelle:� IC:IDO & FleXilution: IDO:Flexible
� FleXilution: fleXengine
� Haption: plug-in IFC (Haptique)
� Recherche:� Automobile:
� Theetten A., Grisoni L., Andriot C., Barsky B., « Geometrically exact dynamic splines », Computer-Aided Design, 40(1) (2008) 35-48.
� Gregoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.
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� Gregoire M., « Interactive Simulation of flexible Parts », Thèse, Université de Mayence (Allemagne), 2007.
� Animation:� Baraff D., Witkin A., « Large Steps in Cloth Simulation », SIGGRAPH’98, Orlando, Juillet 1998, pp 43-54.
� Spillmann J., Teschner M., « An Adaptative Contact Model for the Robust Simulation of Knots », Eurographics’2008.
� Mécanique:� Ghoreishi S.R., « Modélisation analytique et caractérisation expérimentale du comportement de câbles
synthétiques », Thèse, Ecole Centrale Nantes, 2005.
� Giry E., « Prise en compte des interactions de contact-frottement entre fils d’armure pour la modélisation éléments finis d’un pipeline flexible en grandes transformations », Thèse, ECP, 2002.
� Réalité virtuelle:� Nocent O., « Animation dynamique de corps déformables continus : application à la simulation de textiles
tricotés », Thèse, Université de Reims, 2001.
� Lenoir J., « Modèle déformable 1D pour la simulation physique temps-réel », Thèse, Université de Lille, 2004
� Theetten A., « Splines dynamiques géométriquement exactes: simulation haute performance et interaction », Thèse, Université de Lille, 2007.
Hypothèses à valider pour obtenir une simulation réaliste d’un faisceau de câbles
� Hétérogénéité du faisceau : hypothèse d’isotropie (section circulaire) est-elle justifiée?
� Etude de sensibilité des paramètres:
� Frottements entre fils
� Influence de l’enrubannage
� Configuration initiale des fils (procédés de fabrication)
� Obtenir expérimentalement les différents paramètres matériaux permettant de caractériser le faisceau:
� Rigidité de flexion (E1*I)
� Rigidité en traction (E2*S)
� Module de torsion (G*J)
� Coefficient de frottement
� Module de cisaillement
� Optimisation:
� Longueur du faisceau (sous contraintes: tangences, rayon de courbure limite…)
� Configuration initiale des câbles
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Avancement
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Avancement
Modèle de splines dynamiques
� Modèle splineNocent O. , « Animation dynamique de corps déformables continus : application à la simulation de textiles tricotés », Thèse, Université de Reims, 2001.
Lenoir J. , « Modèle déformable 1D pour la simulation physique temps-réel », Thèse, Université de Lille, 2004.
Theetten A. , « Splines dynamiques géométriquement exactes: simulation haute performance et interaction », Thèse, Université de Lille, 2007.
∑=
⋅=n
iii qubuq
1
)()(
),,,( θzyxq =
� Formulation Lagrangienne
� Energies de déformation continues
� Flexion
� Torsion
� Elongation
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{ }ni ,,1K∈∀i
ii q
UF
q
T
dt
d
∂∂−=
∂∂&
j
n
jji
i
AMq
T
dt
d∑
=
=
∂∂
1,
&
dssbsbJM jiji )()(1
0
, ∫⋅=
2
2
dt
qdA j
j =
0 01
0
1 ( ) ( )
2
ti
i i
U HP ds
q q
ε ε ε ε∂ ∂ − ⋅ ⋅ −= − = −∂ ∂∫
avec
0 0
0 0
0 0
ES
H GJ
EI
=
Matrice de Hooke
PFAM +=⋅� Système dynamique (matricielle):
� Schéma de résolution: implicite
� Méthode de Newton-Raphson (DL ordre 1)
� Système final (sans contraintes)
� Sans amortissement:
∆+=+=⋅
++
++
tVXX
PFAMnnn
nn
11
11
XX
PPP n
nnn 11 ++ ∆
∂∂+=
2
2
X
U
X
PK
nn
∂∂−=
∂∂−=
nnnn PFVt
MXK
t
M ++∆
=∆
+∆
+12
Matrice Hessienne
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� Avec amortissement:
� Contraintes: multiplicateurs de Lagrange
� Sous forme matricielle:
PFVt
XKt
++∆
=∆
+∆ 2
nnnn PFVt
MXK
t
D
t
M ++∆
=∆
+∆
+∆
+12
η
=
=∂∂Λ−
∂∂
0),(
0
qqgq
g
q
f
ii
&
( )
=∆⋅=∆⋅Λ−
EXL
BXLF ntn
nn KF =nnn PFV
t
MB ++
∆=
=
Λ−∆
⋅
E
BX
L
LF ntn
0
nn Kt
D
t
MF +
∆+
∆= η
2avec
statique
dynamique
Configuration initiale des câbles: Circle packing
� Inégalités à respecter (overlap):
� Cercle à placer avec cercle enveloppe
� Cercle à placer avec cercle déjà placé
02200 ≥+−−= iiii yxrrd
0)()( 22 ≥−−−+−= jijijiij rryyxxd
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� Maximum Hole Degree (MHD) rule
� Recherche dichotomique de Rmin
−=
ir
dmin1λ
Config. 1 Config. 2 Config. 3
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R=1.54 cm R=1.55 cmR=1.53 cm
Compacité=80,1% Compacité=81,9% Compacité=79,6%
MHD pour le fil suivant dans la
liste
MHD pour un des fils de la liste
MHD avec fils ordonnés du plus gros au plus petit
Expérimentation
� Réalisation d’un banc d’essai (IUT ville d’Avray)
� Rigidité en flexion (plusieurs directions)
� Rigidité en traction
� Module de torsion
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� Autres tests:
� Influence de l’enrubannage, du frottement, de la configuration initiale
� Anisotropie
Banc d’essais Faisceaux
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Perspectives� Numérique:
� Finaliser le modèle Spline
� Comparaison avec d’autres modèles (Poutre 3D …)
� Optimisation sous contraintes de la position du faisceau (Paramètre = longueur, contraintes = tangences, rayon de courbure limite… )
� Modélisation d’un faisceau de câbles (contact, frottement entre plusieurs modèles splines)� Modélisation d’un faisceau de câbles (contact, frottement entre plusieurs modèles splines)
� Modélisation de l’enrubannage
� Etude de sensibilité des paramètres (frottement notamment)
� Expérimental:
� Détermination des paramètres matériau du faisceau (E*I, E*S, G*J, ν, frottement)
� Etude de sensibilité des paramètres
� Positionnement dans l’espace (motion capture (Dynamic 3D), …)
� Retour d’effort (Haption)
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