Formation Meca3D Logiciel d'Analyse Mécanique et de Simulation

1. Formation Meca3DLogiciel d'Analyse Mécanique et de Simulation

2. Meca3D: INTRODUCTION • MECA3D est un noyau de calcul géométrique, cinématique, statique et dynamique des mécanismes tridimensionnels indéformables. Il a été interfacé à SolidWorks, dans lequel il s’intègre entièrement et dont il tire en particulier partie des fonctionnalités paramétriques et d’assemblage. • L’objectif de MECA3D est l'étude d'un système mécanique tridimensionnel, en s'appuyant sur les hypothèses des mécanismes parfaits : •          pièces rigides (indéformables) •          liaisons parfaites (sans jeu, sans dissipation d'énergie) •          actions modélisées par des torseurs

3. Meca3D: INTRODUCTION • MECA3D est un logiciel destiné à l'analyse des mécanismes spatiaux sous les 3 aspects suivants: • aspect géométrique: recherche des positions successives des pièces du mécanisme au cours du temps et des déplacements relatifs dans les liaisons • un aspect cinématique: détermination des vitesses et accélérations dans les mouvements entre les pièces du mécanisme • un aspect statique ou dynamique:détermination du mouvement et des efforts dans les liaisons en fonction des efforts extérieurs appliqués et des caractéristiques cinétiques des pièces (pour la dynamique)

4. L’assemblage SW Meca3D : Présentation Exemple En Noir: le repère général • Constitué: • d’un bâti fixe (assemblage 5) • de 5 groupes cinématiques (4 assemblages et une pièce) • de contraintes géométriques • Construction d’un modèle mécanique : • Un mécanisme est d’un point de vue structurel constitué par des pièces reliées par des liaisons. • Sous SW un mécanisme (l’assemblage final) sera constitué: • D’un bâti fixe (f) formé d’une pièce ou d’un assemblage de pièces insérés en premier à l’origine du repère général. • De groupe cinématique (ensemble de pièces en liaisons complètes). • De contraintes géométriques entre les éléments précités (Il faut apporter un soin tout particulier à la définition de ces contraintes. En effet, le logiciel offre la possibilité de construire automatiquement les liaisons à partir de ces contraintes d’assemblage de deuxième niveau). En bleu: les repères des pièces L’assemblage Meca3d En rouge: les repères des liaisons • Constitué de pièces: • d’un bâti fixe (assemblage 5) • de 5 pièces (4 assemblages et 1 pièce) • de liaisons mécaniques

5. Meca3D Présentation Exemple • Construction d’un modèle mécanique : • Sous Meca3d un mécanisme sera constitué: • De pièces (ensembles cinématiques) caractérisées par ses éléments cinétiques : • Masse: en kg, gouvernée par la masse volumique. • Centre de gravité : défini par ses coordonnées en mm dans le repère global • Matrice d’inertie : exprimée en kg.m² dans le repère de base, défini par le centre de gravité, les vecteurs de base dont les composantes sont précisées dans le repère global. • De liaisons: l'ensemble des liaisons accessibles est constitué • de 10 liaisons définies par la norme NF 004-15 • 6 liaisons qui permettent de modéliser des engrenages • ou des roues de friction. • 2 liaisons permettent de décrire des cames • 2 liaisons autorisent des mouvement discontinus (ex: roue libre) • Une liaison non normalisée baptisée liaison généralisée • est également disponible pour la modélisation des mécanismes, • elle est caractérisée par six degrés de liberté et aucun degré de liaison

6. Meca3D: Intégration avec Solidworks Meca3D doit être activé dans les compléments de SW. Après ouverture d’un assemblage, Meca3d apparait dans la barre des menus et à coté de l’arbre de création SW d’où on peut avoir accès aux différents menus.

7. Meca3D : création automatique • Mode de création automatique : • Méca3D peut (à la demande) générer automatiquement les pièces et les liaisons du • mécanisme. • Le mécanisme est alors composé de toutes les pièces (ou sous -ensembles de pièces) • composant le fichier assemblage. • Les liaisons sont générées automatiquement en fonction des contraintes d’assemblages : • une contrainte de concentricité (coaxialité) entre 2 cylindres génère une liaison pivot glissant, une contrainte de coïncidence entre 2 points génère une liaison rotule etc…. • Accès à la création automatique : • ATTENTION : • Dans ce mode de création, les CENTRES des liaisons sont crées automatiquement en fonction des contraintes d’assemblages. Ils ne sont généralement pas au centre géométrique de la pièce. • Les liaisons reconnues ne sont pas toujours facilement exploitables • ex: 2 appuis plan perpendiculaires peuvent être reconnus à la place d’une glissière. • LE MODE « CONSTRUCTION AUTOMATIQUE »DOIT ÊTRE UTILISE AVEC BEAUCOUP DE PRECAUTIONS RESULTATS

8. Meca3D : création des pièces La pièce peut prendre un nom différent dans Méca3D que dans Solidworks. Mode de création manuel du modèle mécanique : Création de pièces : Le choix du composant se fait en cliquant dessus : Dans la zone graphique ou dans l’arbre de création.

9. Saisie des données géométriques de la liaison par objet : Des objets tel que cylindre, plans, esquisses etc… permettent de définir les données géométriques de la liaison. Exemple : - Une esquisse contenant un point suffit à définir une liaison rotule. - Une esquisse contenant un point peut aussi définir une liaison pivot ou pivot glissant, le point est alors centre de liaison et l’axe de la liaison est défini par la normale au plan d’esquisse. - Une surface cylindrique suffit à définir une liaison pivot ou pivot glissant. Le centre de la liaison est alors placé au centre du cylindre. Beaucoup d’autres objets permettent de définir les données géométriques d’une liaison, on peut obtenir la liste de ces objets en cliquant sur AIDE…. Meca3D : création des liaisons Propose les contraintes d’assemblages : Lorsque la contrainte sélectionnée est valide, un drapeau vert s’affiche. Nommer la liaison Choisir le type de liaison Mode de création manuel du modèle mécanique : Création de liaisons : Le choix des composants se fait en cliquant dessus : Dans la zone graphique ou dans l’arbre de création. Ce drapeau vert n’apparait que si l’objet est valide pour définir correctement les mobilités de la liaison.

10. Saisir le point de réduction de l’action mécanique Type d’objets Coordonnées du point 1 sommet celles du sommet 1 arête circulaire celles du centre de l’arête 1 arête droite celles du milieu de l’arête 1 face sphérique celles du centre de la face 1 plan origine du plan 1 esquisse -Si elle contient des lignes: point de départ de la 1ère ligne -Si elle contient des points mais pas de ligne : 1er point de l’esquisse. -Si elle ne contient ni de ligne ni de point : origine du plan d’esquisse. Meca3D : Création des efforts A défaut de repère sélectionné, le repère de référence est le repère général . Consulter l’aide pour connaître les objets acceptables pour indiquer un repère propre à l’action mécanique. Choisir le type d’effort Nommer l’effort Mise en place des efforts : Le choix du composant sur lequel agit l’effort se fait en cliquant dessus: Dans la zone graphique ou dans l’arbre de création. Saisir les composantes du torseur de l’action mécanique dans le repère de référence.

11. Meca3D : Analyse du mécanisme Graphe de structure: Les liaisons étant construites, on peut ainsi faire apparaître le graphe de structure . L’arrangement des symboles des pièces et des liaisons est possible afin de minimiser le nombre d’intersections. Le clic droit souris permet de modifier les options d’affichage.

12. Meca3D: Analyse du mécanisme Calcul mécanique : Le logiciel analyse le mécanisme dans la position initiale. Il propose les résultats d’une analyse cinématique et statique.

13. Choisir la composante pilote de la liaison (double clic gauche) Meca3D : Calcul mécanique Uniforme ou variable (double clic gauche) Modifier la liaison pilote(double clic gauche) Conditions initiales et finales (double clic gauche) Ajouter scénario (clic droit) • Choix du type d’étude et de la loi d’entrée : • Cette étape correspond au calcul des éléments géométriques, cinématiques et d'efforts extérieurs et de liaisons. • Cette phase de l’étude ne requiert que l’introduction : • du type d'étude : géométrique, cinématique, statique ou dynamique ; • des conditions initiales du mouvement ; • du temps d’étude qui doit être en rapport avec la vitesse du mouvement pilote ; • du nombre de pas de calcul (dans le cas d'une étude dynamique à mouvement libre, la précision des résultats dépend souvent du nombre de pas de calcul). • On peut créer plusieurs scénarios différents aussi bien en type d’étude qu’en loi d’entrée, conditions initiales ...(clic droit scénario) Test des mobilités (clic droit) Si mouvement variable choisir la courbe de variation après création Pas de calcul Choisir le type d’étude

14. XA LA YA 0 ZA NA XB LB YB 0 ZB NB T1 T2 = = A B   Meca3D : Hyperstaticités Il y a 10 inconnues statiques pour 5 équations disponibles Donc le mécanisme est HYPERSTATIQUE H = 5 Ce mécanisme ne possède que 2 pièces. La porte possède 1 mobilité de rotation autour de l’axe y (rep général ) donc nous avons que 6-1=5 équations statiques disponibles or il y a 2 liaisons pivots dans ce mécanisme.

15. XA 0 0 0 ZA 0 XA LA YA 0 ZA NA XB 0 YB 0 ZB 0 XB LB YB 0 ZB NB T1 T1 T2 T2 = = = = B A A B     Meca3D : Hyperstaticités SOLUTION: Modifier les liaisons afin de réduire l’hyperstatisme, tout en permettant la mobilité de rotation autour de l’axe y. Liaison linéaire annulaire d’axe (A,y) ATTENTION: Les modifications de liaisons proposées par meca3D sont parfois « un peu rapide », il nous reste la réflexion… Il y a 10 inconnues statiques pour 5 équations disponibles Donc le mécanisme est HYPERSTATIQUE H = 5 Il y a 5 inconnues statiques pour 5 équations disponibles Donc le mécanisme est ISOSTATIQUE H = 0 Evolution des Liaisons: Si les mobilités d’une liaison augmentent de 1,2 alors les inconnues statiques diminuent de 1,2... Liaison rotule de centre B

16. Meca3D : Résultats • Résultats: • L'exploitation des résultats sous MECA3D offre plusieurs possibilités : •  animation du mécanisme à l'écran ; création de vidéo • tracé de trajectoires ; •  isolement de pièce et suivi graphique des efforts ; • courbes et tableaux de valeurs des différents paramètres (positions, vitesses et forces); • Tracé d’ équiprojectivité des vecteurs vitesses; • Torseurs cinématiques .

17. Meca3D : Résultats • Simulation du fonctionnement du mécanisme: • La simulation du mécanisme à l'écran permet : • de comprendre le fonctionnement dans le cas d'un mécanisme complexe ; • de visualiser le mouvement d'un sous-ensemble en rendant transparentes les autres pièces du mécanisme ; • d'illustrer la notion de mouvement relatif en modifiant la pièce de référence ; • d’afficher en simultané des trajectoires et des courbes; • de détecter les éventuelles interférences de solides; • de réaliser des vidéo.

18. Courbes Simples: • position, vitesse, accélération, énergie cinétique ou Variation d’énergie potentielle pour une pièce; • position, vitesse, accélération, position du centre, puissance dissipée, effort de liaison dans le repère global ou effort de liaison dans le repère local pour une liaison; • puissance galiléenne ou composantes base générale ou composantes base liaison pour les efforts extérieurs • position, vitesse, accélération, accélération normale ou accélération tangente pour les trajectoires. Les courbes multiples permettent de visualiser l’évolution de plusieurs paramètres sur un même graphe, ceci en fonction du temps. Meca3D : Résultats Les courbes paramétrées permettent de visualiser l’évolution d’un paramètre non plus en fonction du temps, mais en fonction de l’évolution d’un autre paramètre du mécanisme (par exemple l’évolution du moment d’un effort inconnu en fonction d’une composante de vitesse) Courbes: Les positions, les vitesses, les efforts sur les pièces ou dans les liaisons sont accessibles sous forme de graphes et tableaux de valeurs.