University Challenge 2011 BKUC 0105

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Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S.
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Confrontation essais-modèle sur une
structure composite sandwich
originale
- Du projet encadré au TP -
CACHAN
Ecole Normale Supérieure de Cachan
Département de Génie Mécanique
Emmanuel Baranger (33 ans)
Agrégé - Docteur es Mécanique
Chercheur CNRS
Enseignements en mécanique non linéaire
et structures composites
Recherche sur les composites sandwich & à
matrices céramiques
François Louf (35 ans)
Agrégé - Docteur es Mécanique
Maître de conférences
Enseignements en CAO, conception,
calculs éléments finis
Recherche en validation/recalage de
modèles & incertitudes
Olivier Dorival (33 ans)
Agrégé - Docteur es Mécanique
Agrégé préparateur
Enseignements en ondes et vibrations
Recherche en dynamique des
structures basses et moyennes
fréquences
Référence du projet : 2011-BKUC-0105

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Cursus de formation au sein de l’ENS Cachan
La formation en sciences pour l’ingénieur a pour principaux objectifs de donner :
une culture scientifique de haut niveau
une culture technologique orientée vers les défis industriels actuels et futurs
La formation des normaliens se déroule en 4 ans
Cette double culture permet aux normaliens de s’orienter :
vers l’enseignement (Agrégés en Ecoles d’ingénieurs, classes préparatoires, IUT)
vers l’enseignement supérieur et la recherche
vers les services de R&D des grands groupes
2
Ingénierie Mécanique et Technologie
Matériaux et Structures Ingénierie Numérique de Production
VTD TACS MAGIS IN2P ISC
Etudes Doctorales
Césure FES : Sciences Mécaniques
autre autre
Césure
L3
M1
M2
Concours
FES
Formation d’Enseignants du Supérieur
VTD
Véhicules Transports Durables
ISC
Ingénierie des Systèmes Complexes
MAGIS
Material & Engineering Sciences
TACS
Techniques Avancées en Calcul des Structures
IN2P
Ingénierie Numérique des Produits et Process
Concours

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Contexte thématique : modélisation & validation
La formation dispensée au Département de Génie Mécanique s’appuie fortement sur
les projets, et les Travaux Pratiques
Ces activités, réalisées au sein des différents laboratoires d’enseignement,
permettent notamment :
de mettre en oeuvre une démarche de modélisation et des outils techniques adaptés vus en cours
de valider le modèle proposé en le confrontant à une réalité expérimentale
3
Domaine du «Virtuel»
Modèle
théorique
Domaine du «Réel»
Environnement
expérimental
Environnement
fonctionnel
Diagnostic
&
Validation
•Echantillon réduit
•Protocole
•Echantillon important
•Statistiques
•Méconnaissances
Maquette
virtuelle
Modèle
numérique
•Modèle CAO
•Modèle système
•Plan de définition
•Principes
•Loi de comportement
•Couplages
•Solveurs
•Méthodes d’approx.
•Discrétisation
Modélisation
Analyse fonctionnelle du besoin
•Cahier des charges fonctionnelles
•Critères et valeurs
•Mesure d’erreur
•Optimisation
•Identification
•Conditions Limites
•Défauts
•Géométrie
•...

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Présentation du projet initial
Contexte industriel
Emergence de nouveaux matériaux composites (sur mesure)
Organisation
3 étudiants de M1 : Mécanique des Matériaux et des Structures
10 séances de 4 heures
Objectifs pédagogiques - «L’étudiant doit être capable de : »
Modéliser une structure et paramétrer le modèle obtenu
Réaliser un modèle éléments finis associé pertinent
Réaliser des essais vibratoires sur la structure fabriquée
Définir une formulation d’un écart essais/modèle
Recaler le modèle proposé
Critiquer la modélisation et/ou les essais réalisés
Ressources
Laboratoire d’élaboration de composites
Laboratoire de CAO et Calcul éléments finis
Laboratoire de dynamique des structures
4
Peaux époxy
Ame en kevlar
type «origami»
Ame type treillis
Peaux tissu de
carbone, matrice
epoxy

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Elaboration de la «structure»
5
!
Moyens de production propres au département
Laboratoire d’élaboration de composites stratifiés
Imprimante 3D ABS
Permet de maîtriser toute la chaîne, et notamment d’être conscient des
défauts de fabrication
Modélisation de l’âme
Réalisation de la maquette numérique d’un treillis à maille tétraédrique
entièrement paramétrée
Nombre de motifs dans deux directions, hauteur du motif, diamètre des barres
(2.5 mm ici)
Fabrication de l’âme
Impression de la maquette numérique
Fabrication des peaux
Réalisation de deux plaques composites carbone-époxy
Assemblage
Collage des plaques sur l’âme en treillis
Modèle CAO
Impression 3D
Structure fabriquée
Ame ABS
Peau
Caractéristiques :
L x l x h : 295mm x 62mm x 18 mm
Masse : 95 g
Epaisseur de colle mal maîtrisée
Géométrie finale comportant des défauts
Matériau ABS mal connu (orthotropie), défauts d’impression