Analyse de mouvement SOLIDWORKS : les premières étapes vers la réussite

Qu'entend-on par « configuration de l'analyse de mouvement SOLIDWORKS » ?

Lorsque nous parlons dans cet article d'analyse SOLIDWORKS Motion ou d'études de mouvement, nous faisons référence à une véritable analyse physique d'un assemblage à l'aide du solveur cinématique SOLIDWORKS Motion, qui calcule les forces, les vitesses, les accélérations, le couple moteur, etc. Certaines des suggestions présentées dans cet article peuvent également s'appliquer aux études d'animation et aux études de mouvement de base, mais cet article s'adresse principalement aux personnes ou aux équipes chargées de réaliser une analyse cinématique de mouvement d'un assemblage à l'aide de SOLIDWORKS Motion.

Analyse de mouvement SOLIDWORKS

Pourquoi utiliser SOLIDWORKS Motion Analysis ?

Cet article décrit les premières étapes à suivre lorsqu'on est chargé de réaliser une analyse cinématique d'un assemblage. Souvent, dans un environnement de travail classique, une ou plusieurs personnes peuvent contribuer à la création d'un modèle d'assemblage dans SOLIDWORKS. Les personnes chargées de créer l'assemblage définissent généralement les contraintes et la structure de l'assemblage sans tenir compte des exigences d'une analyse de mouvement. Au contraire, les contraintes et la structure de l'assemblage sont principalement créées pour répondre aux besoins de positionnement des composants et de la production en aval, sans ou avec très peu de considération pour les degrés de liberté (DOF), le mouvement correct du mécanisme ou la réduction des redondances. Elles transmettent ensuite le modèle à une personne ou à une équipe chargée des tâches d'analyse. Cet article vise à fournir des conseils aux personnes chargées de réaliser l'analyse de mouvement, dans le but de les aider à simplifier l'assemblage afin de réduire au minimum le nombre de DOF à gérer et de minimiser les redondances. Ces étapes augmenteront considérablement les chances de réussite.

Que sont les degrés de liberté (DOF) et pourquoi est-ce important de connaître leur nombre dans mon analyse de mouvement SOLIDWORKS ?

Tout d'abord, toutes les pièces dans SOLIDWORKS Motion Analysis se comportent comme des corps rigides. Elles ne peuvent en aucun cas se déformer ou changer de forme. Ensuite, chaque pièce, ou sous-assemblage rigide, qui n'est pas fixée ou contrainte par des contraintes, dispose de 6 degrés de liberté (DOF). Ces 6 DOF se composent de trois degrés de liberté de translation (X, Y et Z) et de trois degrés de liberté de rotation (autour de l'axe X, autour de l'axe Y et autour de l'axe Z). Lorsque nous commençons à ajouter des contraintes entre des composants, ou entre un composant et une géométrie de référence telle qu’un plan ou un axe, nous supprimons des degrés de liberté. Si nous ajoutons plusieurs contraintes à un composant et que ces contraintes suppriment toutes les deux le même degré de liberté du même composant, nous aboutissons à des redondances. Cela ne pose pas de problème pour la modélisation normale d’un assemblage SOLIDWORKS, mais cela devient un problème lorsque cet assemblage est transféré vers une étude de mouvement. Lorsque des redondances apparaissent, le solveur SOLIDWORKS Motion tente automatiquement de supprimer les contraintes redondantes. Avec des mécanismes complexes, ce processus automatique ne fonctionne parfois pas correctement et nous aboutissons à un comportement inattendu. Des contraintes importantes peuvent être supprimées, ce qui peut entraîner la séparation des corps, le blocage du solveur ou des forces de réaction incorrectes. Pour éviter les redondances, nous devons créer les contraintes de manière systématique, pièce par pièce, en tenant compte des degrés de liberté dès le début. C'est pourquoi nous souhaitons réduire au minimum le nombre de degrés de liberté (DOF) à gérer, tout en garantissant un mouvement correct du mécanisme.

Première étape de la préparation d'un modèle pour l'analyse de mouvement dans SOLIDWORKS

La première étape pour préparer un modèle en vue d'une analyse de mouvement consiste à passer en revue l'assemblage et à fixer tous les composants qui ne bougent pas, ni en translation ni en rotation, tout au long de l'analyse. Un composant fixe est considéré comme ayant 0 degré de liberté (DOF) du point de vue du solveur de mouvement. Il s'agit d'une méthode simple et rapide pour réduire le nombre de degrés de liberté dans une étude de mouvement. Voici quelques conseils.

• Si cela ne bouge pas pendant l'analyse, corrigez-le.
• Un composant fixe sera signalé par un (f) à côté de son nom dans le Gestionnaire de fonctionnalités.
• Pour fixer un composant, cliquez avec le bouton droit de la souris sur celui-ci dans le Gestionnaire de fonctions, puis sélectionnez « Fixer » dans le menu contextuel.

Important : le fait d'ajouter suffisamment de contraintes pour définir entièrement la position d'un composant dans l'espace ne revient pas à le « fixer ». Un composant « fixé » est considéré comme ayant 0 degré de liberté (DOF) dans le solveur de mouvement, tandis qu'un composant « entièrement défini » est considéré comme ayant 6 DOF, les degrés de liberté supprimés par les contraintes. Cela laisse la possibilité que le solveur marque l'un de ces degrés de liberté comme redondant et l'ignore, ce qui pourrait entraîner des résultats de mouvement erronés.

Deuxième étape de la préparation d'un modèle pour l'analyse de mouvement dans SOLIDWORKS

La deuxième étape de la préparation d'un modèle pour l'analyse de mouvement consiste à parcourir l'assemblage et à créer des sous-assemblages pour les pièces qui se déplacent comme un tout, c'est-à-dire celles qui sont boulonnées, soudées ou collées entre elles. Par défaut, un sous-assemblage est traité comme un composant unique doté de 6 degrés de liberté, quel que soit le nombre de composants qu'il contient. Si nous avons 10 composants distincts au niveau de l'assemblage principal qui ne sont pas fixes, nous avons 60 degrés de liberté à gérer. Si tous ces composants sont boulonnés ou soudés ensemble de manière à se déplacer comme une seule unité pendant l'étude de mouvement, nous pouvons les regrouper en un sous-assemblage au sein de l'assemblage principal et réduire ainsi le nombre de degrés de liberté à gérer. Dans l'exemple ci-dessus, cela réduit le nombre de degrés de liberté de 60 pour les 10 composants individuels à 6 pour le sous-assemblage unique. La création de sous-assemblages est un autre moyen très efficace de réduire le nombre de degrés de liberté pour une étude de mouvement.

• Cette étape peut nécessiter la création d'une copie de l'assemblage de production spécialement destinée à l'analyse de mouvement, afin d'éviter de modifier le modèle de production.
• Si certains composants sont assemblés par des vis ou soudés, mais ne bougent absolument pas pendant l'étude, ni individuellement ni en tant qu'ensemble, il n'est pas nécessaire de les regrouper en un sous-ensemble. Il suffit de les définir comme des composants individuels, comme indiqué à la première étape, et ils seront ignorés par le solveur.
• Pour créer des sous-ensembles dans l'assemblage principal, sélectionnez plusieurs composants à l'aide des raccourcis CTRL+Sélection ou Maj+Sélection dans l'arborescence du Gestionnaire de fonctions, cliquez avec le bouton droit sur l'un des composants sélectionnés, puis choisissez « Créer un nouveau sous-ensemble ». Cela créera un sous-ensemble au sein de l'assemblage principal et y ajoutera tous les composants sélectionnés. Des composants supplémentaires peuvent être ajoutés au sous-assemblage en les faisant glisser dans l'arborescence des fonctions et en les déposant sur le sous-assemblage.
• Si un composant fait partie d'un sous-ensemble mais doit se déplacer indépendamment de celui-ci pendant l'étude de mouvement, il convient de le retirer du sous-ensemble et de le placer au niveau de l'assemblage principal. On peut citer comme exemple l'arbre d'un moteur électrique ou les charnières d'un ensemble de porte.
• Évitez d'utiliser des sous-ensembles flexibles pour les mouvements. Ils fonctionnent dans certains cas, mais sont plus difficiles à gérer correctement. Chaque composant d'un sous-ensemble flexible possède 6 degrés de liberté, sauf s'il est défini comme fixe.

Troisième étape de la préparation d'un modèle pour l'analyse de mouvement dans SOLIDWORKS

Une fois que tous les composants fixes ont été positionnés et que les éléments individuels qui se déplacent ensemble ont été regroupés en sous-ensembles, nous sommes prêts à commencer à élaborer le schéma d'assemblage. C'est là qu'une réflexion et une planification minutieuses entrent en jeu. Une approche consiste à supprimer toutes les contraintes existantes et à les recréer de manière systématique, pièce par pièce, en tenant compte des degrés de liberté (DOF). Commencez par déterminer quels degrés de liberté sont supprimés lors de l'ajout d'une contrainte particulière. Ajoutez une contrainte à la fois en réfléchissant soigneusement aux degrés de liberté qui sont supprimés et en vérifiant si un ou plusieurs de ces degrés de liberté ont déjà été supprimés par une autre contrainte.

Il est possible de passer en revue un schéma de couplage existant pour modifier et remplacer des couplages, mais cela peut s'avérer complexe. Il est généralement plus simple de supprimer les couplages existants et de les recréer de manière systématique. Si les étapes 1 et 2 ont été respectées, le nombre de degrés de liberté devrait être réduit au minimum, ce qui facilite considérablement la tâche. Pour plus d'informations sur la mise en place d'un schéma de couplage robuste et sur la manière d'éviter les redondances, consultez la section « Redondances dans l'analyse de mouvement SOLIDWORKS ».