Placer la barre plus haut : la modélisation avec SOLIDWORKS CAD – Partie 1

En tant qu'ancien athlète universitaire, j'adore l'esprit de compétition et j'apprécie particulièrement de voir d'autres athlètes donner le meilleur d'eux-mêmes sur la plus grande des scènes. À l'époque, mon entraînement était principalement axé sur l'haltérophilie de style olympique ; j'ai en effet passé beaucoup de temps à essayer de battre mes records personnels en épaulé-jeté ainsi qu'en arraché.

Malheureusement, je n’ai jamais concouru sur la scène internationale ni tenté de battre des records, et maintenant que ma carrière est terminée, je ne peux que m’émerveiller devant ce dont les meilleurs athlètes du monde sont capables sur cette plateforme dans les jours à venir. La seule pensée qui m’a toujours traversé l’esprit était : « Quel genre de contraintes subit une barre chargée de poids ? » Je ne suis peut-être plus au sommet de ma forme physique pour charger une barre et tester cela empiriquement, mais grâce à SOLIDWORKS CAD et SOLIDWORKS Simulation, je peux obtenir ma réponse sans verser une goutte de sueur.

Voici la première partie d'une série en deux volets consacrée à la modélisation avec SOLIDWORKS CAD et à la simulation avec SOLIDWORKS Simulation.

Modélisation de la barre à disques

Avant de pouvoir lancer une simulation, il nous faut un modèle. Grâce aux fonctionnalités de modélisation de SOLIDWORKS CAD, nous pouvons transposer le monde réel dans un environnement de test virtuel. J’ai commencé par prendre les mesures de la barre à disques que j’ai dans ma salle de sport à domicile, puis je l’ai reproduite dans une nouvelle pièce SOLIDWORKS. Cela a été très simple à réaliser : j’ai utilisé une extrusion par rotation sur une moitié de la barre, puis je l’ai symétrisée par rapport au plan médian de ma pièce. N'oubliez pas d'utiliser les cotes doubles lorsque vous travaillez avec une géométrie symétrisée ou extrudée par rotation afin de définir la cote finale au lieu de devoir la diviser par deux.

Cotation double pour les esquisses SOLIDWORKS

Comme l'objectif final de cette expérience est la simulation, je n'ai pas tenu compte des pièces de l'assemblage qui s'insèrent dans la barre, telles que les roulements ou les embouts, afin de simplifier le modèle. Dans le même esprit, j'ai utilisé un aspect pour représenter le moletage afin de réduire la complexité du maillage. J'aurais toutefois pu utiliser la fonctionnalité Textures 3D introduite dans SOLIDWORKS 2019 pour convertir l'apparence moletée en une véritable géométrie 3D. Cela m'aurait permis d'obtenir les propriétés les plus précises pour le modèle. D'après mes recherches, la plupart des barres sont fabriquées à partir d'un alliage d'acier 41XX, puis recouvertes d'un matériau pour obtenir une meilleure finition de surface.

La bibliothèque de matériaux SOLIDWORKS standard comprenait un acier 4340 dont la résistance à la traction correspondait aux spécifications de mon fabricant de haltères ; j'ai donc pu l'utiliser pour mon modèle. Une fois tout configuré, la masse de mon modèle s'élevait à 45 livres, exactement comme je m'y attendais. Vous remarquerez ci-dessous que j'ai ajouté quelques faces supplémentaires le long du moletage ; elles serviront plus tard à placer des fixations dans ma simulation.

Modèle SOLIDWORKS d'une barre d'haltères

Modélisation avec SOLIDWORKS – les disques de poids

Pour modéliser les disques de musculation, j'ai pris beaucoup plus de libertés créatives, car ceux-ci varient considérablement d'un fabricant à l'autre. Qu'il s'agisse de disques en acier standard, de disques en caoutchouc ou de disques de compétition calibrés, les seules similitudes résident généralement dans le diamètre intérieur (qui permet de les enfiler sur la barre) et le diamètre extérieur, afin que l'athlète parte d'un point de référence commun. L'épaisseur, les matériaux et la conception dépendent tous des spécifications du fabricant, qui doivent respecter le poids souhaité dans une certaine marge de tolérance.

Je me suis de nouveau rendu dans le garage avec mes outils de mesure et j'ai réalisé un croquis à partir du disque de pare-chocs de 20 kg que je possédais. La majeure partie de la modélisation consiste en une extrusion d'un bossage cylindrique principal et en une découpe cylindrique pour encastrer la face. Pour l'encastrement, j'ai utilisé la fonction de dépouille pour ajouter un rebord chanfreiné à la découpe. À l'aide d'un bloc de croquis que j'avais enregistré dans ma bibliothèque, j'ai inséré le logo TriMech et l'ai extrudé à partir du modèle afin d'ajouter une touche personnelle et un peu de piquant à ce qui allait suivre.

Une couche de caoutchouc de base a été appliquée au modèle, et le lecteur avisé devinera sans doute que la masse était nettement erronée. Cela s'explique par le fait qu'un disque de haltère est généralement moulé en caoutchouc autour d'un noyau en acier massif ou de morceaux d'acier incorporés dans le caoutchouc. À l'instar de la barre, l'objectif final est d'obtenir une simulation précise, et non pas nécessairement des modèles d'une exactitude parfaite ; c'est pourquoi, à l'aide de la commande « Propriétés de masse », nous avons modifié chaque configuration pour lui attribuer le poids en livres souhaité.

Remplacer la masse dans les propriétés de masse

Tout mettre en perspective

Le processus d'assemblage a été de loin la partie la plus simple de cette expérience, car la plupart des problèmes techniques et des choix de conception avaient déjà été résolus au niveau des pièces individuelles. La seule décision qui restait à prendre était : « Quel poids allons-nous tester dans un premier temps ? » La réponse est simple : le record olympique du « clean and jerk » dans la catégorie de poids dans laquelle je concourrais si je participais aujourd'hui. Une recherche rapide sur Google montre que le détenteur actuel du record est Chen Lijun, avec un poids très impressionnant de 187 kg, soit environ 412 livres. Pour simplifier les calculs et l'assemblage, j'ai arrondi ce chiffre à 420 livres pour l'étude à venir.

Modèle de composant linéaire SOLIDWORKS

La barre a été insérée en premier, en tant que composant fixe. Grâce à la façon dont il a été modélisé, le plan médian de l'assemblage s'aligne avec celui de la barre, ce qui m'a permis d'utiliser certaines fonctionnalités d'assemblage (que nous aborderons ci-dessous) qui font gagner un temps considérable. Ensuite, la première plaque de 45 livres a été insérée dans l'assemblage à une extrémité de la barre. À l'aide du modèle de composant linéaire, l'ajout des 3 plaques supplémentaires a été simple : il a suffi d'utiliser l'épaisseur de la plaque comme espacement et l'embout de la barre comme direction.

Haltère conçu avec le logiciel de CAO SOLIDWORKS

À partir de là, la suite de l'assemblage a consisté à insérer une autre plaque de poids, mais en utilisant la configuration de 10 livres que j'avais créée, puis à fixer les clips à chaque extrémité. En un clin d'œil, nous disposons d'une barre chargée que nous pouvons valider virtuellement pour nous assurer qu'elle peut résister à une nouvelle tentative de record olympique. Ne manquez pas la deuxième partie de cette exploration, dans laquelle nous utilisons SOLIDWORKS Simulation pour pousser notre assemblage à ses limites.