Laisser les outils de simulation SOLIDWORKS faire le gros du travail – Partie 2

Si vous venez de terminer la première partie de notre exploration de la modélisation et de la simulation dans SOLIDWORKS, vous êtes prêt pour le dernier volet, où nous allons pousser le modèle à ses limites absolues. L'avantage de la validation virtuelle des pièces et des assemblages, c'est que nous n'avons pas à nous donner de mal, même lorsque nous réalisons des prouesses surhumaines.

Grâce à l'interopérabilité entre SOLIDWORKS CAO et SOLIDWORKS Simulation, nous pouvons facilement et instantanément importer le modèle qui vient d'être finalisé dans les outils de simulation SOLIDWORKS :

Récapitulatif sur le mannequinat

Au cas où vous auriez manqué la première partie de la série ou si vous souhaitez simplement vous rafraîchir la mémoire sur ce que nous avons abordé, nous allons faire un bref récapitulatif du processus de modélisation. Pour commencer, la barre a été créée à partir des mesures prises sur une véritable barre dans ma salle de sport à domicile, ainsi que des recherches menées sur la fabrication pour sélectionner notre matériau : un alliage d'acier 41XX. Le modèle a été simplifié pour les besoins de notre simulation en faisant abstraction des roulements et de toute autre pièce mobile, et en utilisant un aspect pour le moletage.

Les disques de musculation ont également été simplifiés et modifiés. Il existe une grande diversité de styles et de fabricants de disques, j'ai donc décidé d'utiliser les dimensions réelles des disques en caoutchouc que je possède, puis d'y ajouter des éléments graphiques tels que le logo TriMech. Pour m'assurer que les disques pesaient bien ce que nous attendions, j'ai utilisé l'outil « Override Mass Properties » pour chaque configuration afin de les régler précisément à 45, 35, 25 et 10 livres. Cela garantit que, quelles que soient les erreurs ou les hypothèses faites lors du processus de modélisation, notre simulation sera précise. Enfin, tout cela a été intégré dans un assemblage SOLIDWORKS et chargé jusqu'à 420 livres afin de battre le record de ma catégorie de poids en épaulé-jeté.

Hypothèses de simulation

Toutes les études de simulation nécessitent de formuler certaines hypothèses afin de simplifier l'analyse, dans un souci d'efficacité et de rapidité du solveur. Heureusement, le système que nous simulons est relativement simple, de sorte que la vitesse ne pose pas vraiment de problème pour SOLIDWORKS Simulation, mais des hypothèses ont néanmoins été formulées. Tout d'abord, le contact global a été défini comme « lié » afin de supposer que les composants en contact, tels que les plaques de poids entre elles et la barre, ne vont pas se déplacer ou glisser les uns par rapport aux autres. Cela va à lui seul réduire considérablement le temps de résolution, car le solveur a moins de composants à calculer.

Ensuite, je me suis contenté d'examiner le scénario dans le cadre d'une charge statique afin de vérifier si la barre pouvait simplement supporter le poids que nous lui avions appliqué. En réalité, je savais que la charge initiale était plausible, ayant déjà soulevé plus que cela à un moment donné, mais nous aurions pu mener une autre étude en combinaison avec SOLIDWORKS Motion pour observer les contraintes subies par la barre tout au long du mouvement. L'hypothèse finale consistait à partir d'une charge uniforme et d'un montage précis pour l'étude. Dans la réalité, les disques devraient être répartis uniformément aux extrémités de la barre, mais il y a toujours de légères variations. De plus, la prise varie généralement d'un haltérophile à l'autre et la distance par rapport au centre de la barre est légèrement différente. J'ai pris ma position de prise habituelle et je l'ai utilisée pour l'étude.

Les études originales

Les deux premiers scénarios que j'ai testés étaient basiques et comportaient des fixations simples pour maintenir l'assemblage. Dans le scénario initial, il s'agissait simplement d'une seule fixation placée sur la partie moletée centrale de la barre, de type « Géométrie fixe ». Le deuxième scénario comportait une fixation similaire, mais placée sur la face fendue ; j'avais en effet défini, lors de la phase de modélisation de l'expérience, l'endroit où je devais saisir la barre.

Dans les deux cas, j'ai défini la gravité comme charge externe et j'ai laissé le poids de la barre et des disques de musculation se charger de la mise en charge à ma place. Si j'avais voulu simplifier davantage l'étude, j'aurais pu retirer les disques de musculation et utiliser à la place une masse ou une force répartie. Cela aurait considérablement réduit la durée de la simulation, car il n'aurait pas été nécessaire de calculer le contact entre les disques de musculation ni de mailler les corps supplémentaires.

La résolution des deux premières études donne les résultats ci-dessus. Quelle que soit la configuration, les contraintes obtenues avec SOLIDWORKS Simulation sont bien inférieures à la limite d'élasticité du matériau ; il n'y a donc absolument aucun risque réel de rupture. Comme mentionné précédemment, 420 livres ne constituent pas un poids démesuré ; il ne faisait donc aucun doute que la structure tiendrait le coup. En ce qui concerne le déplacement, avec une prise « normale », les extrémités de la barre subissent un déplacement vertical vers le bas d'environ 4,3 mm.

Cela représente moins d'un demi-centimètre ; il n'y a donc aucune raison de craindre que les poids glissent, surtout avec les clips aux extrémités. Le scénario de prise « au centre » produit un déplacement plus important, mais il y a un problème plus grave à régler. Si vous observez attentivement la partie centrale de la barre, vous remarquerez une forte augmentation de la contrainte à mesure que nous nous approchons de la limite. Une analyse des points chauds révèle la présence de points chauds, ce qui peut indiquer une singularité de contrainte dans cette zone. Heureusement pour nous, ce n'est pas le point culminant de nos simulations, nous pouvons donc ignorer cela pour l'instant.

Pour moi, le plus gros problème réside dans la manière « artificielle » dont la barre s'incline sous la charge. La géométrie fixe limite trop le mouvement aux endroits où l'haltérophile saisit généralement la barre, car elle part du principe qu'il n'y a aucun mouvement dans aucune direction sur les faces sélectionnées. Grâce à la simplicité avec laquelle SOLIDWORKS Simulation permet de créer de nouvelles études, j'ai justement la solution.

Présentation des composants supplémentaires

L'utilisation d'une géométrie fixe dans les études initiales suffit pour une première analyse, mais pour affiner et préciser les résultats, les études nécessitent des configurations plus réalistes. Dans la réalité, la barre est simplement soutenue par les paumes des haltérophiles en haut du mouvement et maintenue en place par leur prise. L'utilisation d'une prise en crochet permet généralement de bloquer la barre et l'empêche de glisser des mains, mais les poignets fléchissent souvent pour s'adapter à la barre tandis que celle-ci pivote vers l'extérieur sous l'effet de la traction exercée par les poids vers le sol.

Ma solution à ce problème comporte potentiellement deux volets. Tout d'abord, j'ai remplacé la condition de géométrie fixe par une « coupelle » assez basique. Ce demi-cercle représente la prise du haltérophile sur la barre dans sa forme la plus simple, tout en permettant à la barre elle-même de fléchir au-dessus. La composante de prise est elle-même fixée en place et présente une condition de « Contact » entre elle-même et la barre. Ce contact garantira qu'elles ne s'ignorent pas mutuellement pendant la simulation, mais elles ne seront pas liées l'une à l'autre comme les disques de poids.

Pour tester la deuxième partie de la solution, une copie de l'étude a été réalisée en utilisant la même configuration et les mêmes paramètres. Un axe supplémentaire a été créé, sur lequel le poignet virtuel viendrait s'appuyer contre nos composants de préhension virtuels, à raison d'un pour chacun. À l'aide de ce nouvel axe, la « géométrie fixe » a été remplacée par deux « géométries de référence » qui limitaient les mouvements autres que la rotation autour du poignet virtuel.

Les deux configurations présentaient des valeurs de contrainte dont l'écart se situait dans une marge d'erreur raisonnable l'une par rapport à l'autre ; nous allons donc nous concentrer sur les résultats concernant le déplacement. En observant l'image ci-dessus, on constate clairement la différence entre la méthode de géométrie fixe et celle du « poignet virtuel ». La méthode fixe produit un déplacement de 1,3 cm, ce qui est supérieur à celui du test initial « prise normale ».

C'est le résultat attendu, car le centre de la barre subit désormais davantage de mouvement et les disques de poids génèrent un couple plus important grâce à un bras plus long. Cependant, en observant le graphique de déplacement, on constate clairement que la barre ne reste pas en contact avec la zone de préhension. Le poignet virtuel produit un déplacement d'environ 6 mm et maintient le contact avec la zone de préhension grâce à la liberté de rotation offerte par l'axe du poignet.

Regarder vers l'avenir avec les outils de simulation SOLIDWORKS

Cette expérience, réalisée à l'aide des outils SOLIDWORKS Simulation et SOLIDWORKS CAD, m'amène déjà à envisager d'autres tests virtuels, maintenant que je dispose d'un modèle cohérent et configurable. Heureusement, apporter des modifications au modèle ou à la configuration de la simulation est un jeu d'enfant grâce à l'associativité entre l'étude et mon environnement de modélisation habituel. Si vous souhaitez suivre d'autres expériences et en savoir plus sur les autres outils d'ingénierie de pointe de notre portefeuille, inscrivez-vous à notre newsletter pour rester informé !