Résistance des matériaux - VTT (mohim jidan aydan)

Séquence
3
Résistance des matériaux - VTT
Sciences de l’ingénieur – Lycée Jean Perrin
RESISTANCE)DES)MATERIAUX)VTT)
1!
1. Introduction
1.1. Problématique sociétale
Comment! diminuer! les! ressources! matérielles! nécessaires! à! la!
réalisation!ou!au!fonctionnement!d’un!système!?!
1.2. Références au programme
A2!!Analyser!le!système!comportement!du!solide!déformable!
!!Analyser!les!sollicitations!dans!les!composants.!
!!Analyser!les!déformations!dans!les!composants.!
!!Analyser!les!contraintes!mécaniques!dans!un!composant.!
B2!!Proposer!ou!justifier!un!modèle!
!!Comportement!du!solide!déformable!
!!Caractériser!les!sollicitations!dans!les!composants.!
!!Caractériser!les!déformations!dans!les!composants.!
!!Caractériser!les!contraintes!mécaniques!dans!un!composant.!
1.3. Support de l’étude
Maquette!numérique!du!VTT!BOMBA!Vario.!
1.4. Résumé
Après!une!étude!théorique!des!efforts!induits!sur!la!structure!du!VTT,!on!optimise,!à!l’aide!d’un!logiciel,!la!forme!
d’une!pièce!du!mécanisme.
1.5. Présentation
Conçu! pour! s'exprimer! en! «!Freeride!»! et! dans! les! descentes! marathon,! ce! VTT! est! doté! d'une! suspension! à!
triangle!unifié!assurant!un!fonctionnement!optimal!de!la!transmission!et!une!grande!robustesse.!
Technique,!stable!et!confortable,!sa!suspension!arrière!se!veut!progressive!et.!
Le!bras!oscillant!et!les!biellettes!de!suspension!sont!montés!sur!des!roulements!étanches!surdimensionnés.!
!Les!caractéristiques!du!VTT!sont!:!
Cadre!poutre!en!aluminium)7005)T6!
Fourche!Marzocchi!EXR!Pro!air!de120!mm!de!débattement!
! Amortisseur!Fox!Vanilla!R!de!120!mm!de!débattement!
! Freins!à!disque!hydrauliques!HAYES!HFX!9!XC,!∅!160!mm!
! Poids!total!:!13,8!kg!
Lors!de!la!descente,!le!vélo!doit!avoir!une!bonne!tenue!de!route.!Le!mécanisme!de!suspension!doit!absorber!les!
irrégularités!du!terrain!afin!de!maintenir!au!maximum!le!contact!entre!les!roues!et!le!sol.!

2)
RESISTANCE)DES)MATERIAUX)VTT!
1.6. Fonctionnement du système de suspension
Le!mécanisme!de!suspension!est!
modélisé!ci^contre,!on!peut!distinguer!5!
classes!d’équivalence!cinématique!:!
Le!cadre!S0,!le!levier!S3,!la!biellette!S2,!
le!bras!oscillant!S1,!la!partie!tige!S4!de!
l’amortisseur!et!la!partie!corps!S5!de!
l’amortisseur!
Lorsqu’un!obstacle!percute!la!roue!
arrière,!celle^ci!est!projetée!vers!le!
haut.!Le!bras!oscillant!S1!pivote!autour!
de!l’axe!(H,z)!de!la!liaison!pivot,!avec!le!
cadre!S0.!
La!biellette!S2,!en!liaison!pivot!d’axe!
(F,z)!avec!le!bras!oscillant,!est!entraînée!
et!pousse!le!levier!S3!avec!lequel!elle!a!
une!liaison!pivot!d’axe!(D,z).!
!
Le!levier!S3!pivote!alors!autour!de!l'axe!
(B,z)!de!la!liaison!pivot!avec!le!cadre!S0.!
!
La!partie!tige!S4!de!l’amortisseur,!en!liaison!pivot!d’axe!(C,z)!avec!le!levier!S3,!est!poussée!par!celui^ci!et!rentre!
dans!la!partie!corps!S5!de!l’amortisseur.!S4!et!S5!sont!en!liaison!pivot!glissant!d’axe!(E,x1).!
!
Le! déplacement! de! la! tige! S4! de! l’amortisseur! par! rapport! au! corps! S5! de! l'amortisseur,! lors! de! sa! rentrée,!
comprime!le!ressort!7,!ce!qui!va!permettre!d’emmagasiner!l’énergie!mécanique!et!donc!de!freiner!la!montée!de!
la!roue!pour!assurer!le!contact!roue/sol.!
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Vue!de!détail!du!mécanisme!de!suspension.!

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Résistance des matériaux - VTT
Sciences de l’ingénieur – Lycée Jean Perrin
RESISTANCE)DES)MATERIAUX)VTT)
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2. Etude théorique
Dans!cette!partie!on!se!propose!de!déterminer!les!efforts!existants!sur!la!biellette!S2.!
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2.1. Efforts dans la biellette S2
!
On!isole!la!biellette!S2!:!(on!néglige!le!poids!de!la!pièce)!
!
Question)1!:!!Déterminer!les!liaisons!avec!la!biellette!S2.!
!
Question)2!:!! ! Faire!un!bilan!des!actions!mécaniques!extérieures!appliquées!sur!la!biellette.!!
!
Question)3!:!!Ecrire!les!équations!vectorielles!d’équilibre!de!la!biellette!S2.!
!! En!déduire!la!direction!des!actions!appliquées!sur!cette!biellette.!
!
2.2. Efforts dans S1+ roue
!
On!isole!l’ensemble!S1!+roue!arrière!:!(on!néglige!le!poids!des!pièces)!
!
Question)4!:!!Déterminer!les!liaisons!avec!l’ensemble!isolé!S1.!
!
Question)5!:!! ! Faire!un!bilan!des!actions!mécaniques!extérieures!appliquées!sur!cet!ensemble.!!

4)
RESISTANCE)DES)MATERIAUX)VTT!
!
Question)6!:!!Exprimer!tous!les!moments!au!même!point!H.!!
!
Question)7!:!!La!courbe!ci^contre!donne!
l’évolution!de!l’effort!sur!la!
roue!en!fonction!de!la!
position!de!l’amortisseur.!
Relever!l’effort!maxi!sur!la!
roue.!
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Question)8!:!!Ecrire!les!équations!vectorielles!d’équilibre!de!l’ensemble.!
!! En!déduire!les!équations!scalaires!et!déterminer!l’effort!dans!la!biellette!S2.!
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2.3. Résistance d’un prototype
!
L’objectif!de!cette!partie!est!de!vérifier!la!résistance!d’une!pièce!prototype!
présenté!ci^dessous.!!
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Le!matériau!choisi!est!un!alliage!d'aluminium!7075![Al!Zn!5.5!Mg!Cu]!de!limite!élastique!
440!MPa.!
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Question)9!:!!Exprimer!littéralement!la!contrainte!normale!dans!la!section,!en!considérant!le!paramètre!
de!condition!de!résistance!a.!
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Question)10):!!En!supposant!a!=!8!mm,!calculer!la!valeur!de!la!contrainte!de!compression!dans!la!section.!
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Question)11):!Conclure!quant!à!la!résistance!de!cette!partie!de!la!pièce.!
a
a
Section

Séquence
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3. Etude de la biellette 2
3.1. Introduction
Lors!de!la!conception!du!vélo,!une!première!biellette!prototype!avait!été!réalisée.!
Dans!une!première!partie!vous!allez!étudier!cette!biellette!et!vérifier!si!elle!résiste!aux!sollicitations!exercées.!
!
Dans!une!deuxième!partie!vous!allez!concevoir!une!biellette!mieux!adaptée!et!vérifier!son!comportement.!
3.2. Etude de la biellette prototype a l’aide de « SolidWorks
simulation express »
Solidworks!simulation!express!est!un!module!permettant!d’effectuer!des!études!simples!mais!limitées.!
! Lancer!le!module!:!Outils!–!compléments!–!simulation!express!
! Ouvrir!la!pièce!«!biellette!proto2.sldprt!»!
! Mettre! en! place! un! déplacement! imposé! (clic! droit! sur! déplacement! imposé! –! immobiliser! la! face!
inférieure!(voir!ci!dessous).!
! Mettre!en!place!un!chargement.!
On!ne!peut!pas!exercer!d’effort!au!niveau!des!perçages,!dans!un!premier!temps!on!va!se!contenter!d’exercer!
une!force!sur!chaque!face!supérieure!à!l’extrémité!de!chaque!«!doigt!».!
! Mettre!en!place!ces!deux!forces.!
! Choisir!leur!norme!en!fonction!de!vos!calculs!effectués!dans!la!partie!précédente.!
! Editer!le! matériau!de!la!pièce!et!sélectionner!l’alliage!d’aluminium!7075! T4.!Attention!il!faut!éditer!le!
matériau!dans!le!volet!«!pièce!»!et!dans!le!volet!«!simulation!»!de!l!‘arbre!de!construction.!
! Lancer!la!simulation.!
! Observer!les!résultats!:!
!
En#terme#de#contrainte#(stress)#:#
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Question)12):!!Relever!la!valeur!de σmax selon!le!critère!de!Von!Mises!