Pré-dimensionnement d’un arrosoir – Catia V5 FEM

Nous avons, dans les articles précédents concernant l’arrosoir, défini une géométrie pour laquelle nous voulions atteindre un volume cible.
Pour faire cela, nous l’avions rempli d’eau ce qui nous a permis de déterminer d’une part son volume mais également directement la masse d’eau contenue.

Nous allons voir maintenant comment se comporte notre structure rotomoulée lorsque nous la sollicitons.

Il n’y a pas 36 chargements pour ce type d’objet.
Nous allons simplement le remplir le plus possible et le soulever par son anse pour ensuite le vider en l’inclinant.
… et tout ça sur Catia V5 !

Catia V5 Arrosoir Geometrie et FEM

Calcul de pré-dimensionnement d’un arrosoir sous Catia V5

D’un point de vue méthodologique, sauf exception, je préfère toujours lier mon modèle de calcul à un modèle Catpart (ici) ou Catproduct qui ne soit pas le 3D original.
La raison majeure est de ne pas surcharger le 3D original avec tous les éléments destinés à alimenter le modèle de calcul (Catanalysis).

Catia V5 Arrosoir FEM organisation

Le modèle intermédiaire va également me permettre ici de jouer avec l’inclinaison de l’arrosoir.
On imagine bien que si il fallait ajouter ce genre de chose dans le modèle initial portant toute la construction, cela serait trop complexe et source de pannes.

Ma stratégie est donc la suivante:

  • Du modèle original, je ne récupère que la géométrie solide finale et l’épaisseur de matière.
    Je publie ces deux éléments. C’est tout.
  • Dans le modèle intermédiaire, je colle avec lien ces deux éléments. Ce sont les entrées du modèle pour la préparation des éléments qui serviront au calcul (Rotation, surfaces, masse, etc…). Ce travail se termine par des surfaces à mailler et des valeurs d’entrée pour le calcul (force de l’eau sur le plastique et épaisseur de plastique).

Constitution du modèle intermédiaire

Actions sur le solide

Partant du modèle initial tel que nous l’avions construit dans cet article, j’ajoute la publication du solide et de l’épaisseur de plastique.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle origine

Je copie ces éléments et les colle avec lien dans une Catpart vide.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle origine

Je renomme cette Part « Arrosoir pour calcul » et l’enregistre dans mon répertoire de travail. J’en profite pour enregistrer les modifications de la Part initiale de l’arrosoir dans lequel se trouve les publications.

Puisque j’ai l’intention d’incliner mon arrosoir, je vais attribuer une matrice de position au solide importé avec un bouton droit sur le solide et “Ajout d’une position”.

Un trièdre apparaît au centre de gravité de l’arrosoir. Nous allons faire une rotation de celui-ci par rapport à son axe Y avec l’outil rotation de Generative Shape Design.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire rotation

Il ne faut pas oublier de définir l’objet de travail comme étant le “Positioning Set” pour faire cela.
J’en profite pour ajouter un paramètre utilisateur (un angle) pour piloter cette rotation car c’est plus pratique.

 

L’arrosoir pour le maillage

L’arrosoir est une pièce rotomoulée il s’agit donc d’une coque dont l’épaisseur est d’un ordre de grandeur très inférieur à sa surface.
Il convient donc de le mailler à l’aide d’éléments coque dont le parent devra être une surface.

Nous allons alors préparer un élément de sortie à mailler de type surfacique à destination de la Catanalysis.

Il nous faut donc simplement la fibre neutre de cette enveloppe en plastique.
C’est très simple à obtenir.
On commence par une simple extraction (continuité en tangence) en montrant une face externe de l’arrosoir solide.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire extraction

Puis on réalise un décalage vers l’intérieur de la matière de la moitié de l’épaisseur du plastique (on a cette valeur grâce au paramètre importé).

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire fibre neutre

On peut alors cacher l’extraction qui ne nous servira plus.

 

La surface de contact avec l’eau

Qu’il soit incliné ou non, la surface du liquide sera toujours horizontale et ne pourra physiquement pas dépasser le bord de l’orifice du tube.
Nous allons alors ajouter un plan situé au bord du bec verseur. Celui-ci est parallèle à XY et passe par le point (extraction) situé en bas de l’orifice du tube verseur.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire plan surface liquide

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire plan surface liquide

Ce plan (plan.1) va donc nous servir à créer un autre élément en recoupant la fibre neutre de notre arrosoir.
L’outil à utiliser est celui de gauche “découpage

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire outil decoupe

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire decoupe

J’appelle ce nouvel élément “contact Eau”. Il va nous servir à indiquer au logiciel de calcul où se trouve les efforts de contact entre l’eau et l’arrosoir.
L’eau en bleu et la fibre neutre de l’arrosoir en rose. Ce ne sont que des surfaces ouvertes.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire decoupe liquide

Si on l’incline, il y a beaucoup moins d’eau, c’est normal.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire decoupe liquide

 

La zone de préhension

Il s’agit ici de positionner la main sur l’anse de l’arrosoir pour pouvoir créer une zone d’encastrement qui s’opposera au poids de l’eau dans l’arrosoir.

J’ajoute alors deux plans distants de 45mm de part et d’autre du plan YZ. Cela correspond à peu près à la largeur de la main calleuse d’un vieux jardinier bourru et moustachu.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire decoupe anse

Je fais ensuite l’extraction de l’anse en jaune (extraction multiple sans propagation) et recoupe cette extraction par les deux plans de façon à ne garder que ce qui se trouve entre ces derniers en vert.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire decoupe anse

Je place ensuite les éléments importants, c’est à dire qui seront parents du maillage dans des assemblages.
Il n’y a qu’un élément par assemblage. Ce n’est pas une obligation mais c’est une bonne pratique que de générer un élément de sortie de ce type.
Il ne faudra surtout pas les supprimer mais on pourra par contre en modifier le contenu.

Catia V5 Calcul arrosoir éléments de sortie

Notre modèle est presque prêt pour le calcul.

 

La valeur de la charge  ?

Oui, quelle sera la force (le poids) exercée par l’eau sur l’arrosoir.
On a vu qu’en fonction de l’inclinaison, le volume variait donc la masse aussi.

Nous allons alors créer le volume d’eau puis le solide correspondant et en sortir la masse que l’on convertira en force (par la gravité).

Même principe que dans l’article consacré à l’arrosoir, j’utilise l’outil “découpage assemblé”  (celui de droite)

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire outil relimitation

en utilisant la fibre neutre du corps de l’arrosoir et le “plan.1” représentant la surface du liquide.
Ce coup-ci, la coupe fait une relimitation des deux éléments et cela ferme le dessus du résultat.
Il faut un peu jouer sur les boutons “autre partie / élément suivant” ou “précédent” pour faire comprendre à Catia le côté à conserver de chaque élément.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire outil relimitation

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire relimitation volume eau

Ce volume fermé va ensuite donner naissance à un solide par remplissage.
J’utilise le corps de pièce principal inutilisé jusqu’alors.

En lui affublant tout de suite un matériau adéquat (l’eau) on peut alors déterminer la masse grâce à une formule comme celle-ci.

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire masse eau

Catia V5 Arrosoir FEM modèle intermediaire solide eau

Pour ceux qui ont bien suivi, je vous l’accorde ce n’est pas tout à fait juste car la limite extérieur du liquide n’est pas la fibre neutre mais une frontière qui se trouve à la moitié de l’épaisseur de celle-ci (la surface interne du plastique).
Bon, ce n’est pas très grave dans notre cas. Cela ne fera pas une grande différence sur le résultat.

 

La CatAnalysis – Pré-traitement

Puisque nous avons tout le nécessaire, nous pouvons lancer un nouveau document de type Analysis à partir de cette Catpart. Ainsi le lien entre les deux documents se fera automatiquement.

Catia V5 Calcul arrosoir éléments de sortie

Voici le modèle CatAnalysis final de cette étude.
Je vous en fais maintenant le détail.

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque

 

Maillage

Vous l’aurez remarqué, je n’ai pas fait beaucoup d’effort pour minimiser le nombre d’éléments.
En effet, il s’agit d’un calcul statique linéaire et même si il y a visiblement beaucoup de triangles le calcul tourne très vite sur une machine actuelle.
J’ai donc sélectionné dans l’arbre l’assemblage de couleur brune nommé “fibre neutre” puis lancé le mailleur avancé (celui du milieu) dans l’atelier Advance Meshing Tool.

Catia V5 Calcul arrosoir mailleur surfacique

J’aurais pu utiliser les autres mailleurs surfaciques, c’est une affaire de goût dans ce cas.
Les réglages sont assez simples avec une taille d’éléments triangulaires de 4 mm.

Catia V5 Calcul arrosoir mailleur surfacique

Seule fantaisie (mais nécessaire toutefois) j’ai ajouté des frontières (en jaune) pour fermer des domaines car le mailleur perdait les pédales et “massacrait” l’anse.

Catia V5 Calcul arrosoir mailleur surfacique domaines

C’est un peu brutal mais l’avantage c’est que les formes sont bien respectées.

Catia V5 Calcul arrosoir mailleur surfacique domaines

 

Propriété physique et matériau

J’ai ajouté ma propriété coque avec un matériau utilisateur (PE) créé juste avant.
Le support est l’assemblage se trouvant dans le modèle Catpart intermédiaire.

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque proprieté physique

L’épaisseur est liée par une formule avec le paramètre “épaisseur” de la CatPart.

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque proprieté physique epaisseur formule

 

Des groupes

Viennent ensuite des groupes de surface par proximité.
Ce n’est pas le genre de chose que l’on utilise souvent mais dans ce cas de figure, c’est assez pratique.
Catia va détecter les nœuds qui se trouvent à proximité de l’élément surfacique que vous lui indiquez et les placer dans un groupe que vous pourrez ensuite utiliser pour une condition limite.

Le premier est celui de la zone de préhension.
On lance la commande “groupes de surface par proximité” et on désigne l’assemblage portant le nom “Zone préhension”. On garde la distance de recherche 0.1mm.
On met le groupe à jour avec un bouton droit “mettre à jour” et on peut ensuite vérifier qu’il y a bien eu détection des nœuds du maillage.

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque groupe de surface par proximité

Idem pour le deuxième groupe.
La mise à jour du groupe est assez longue car il y a beaucoup de nœuds finalement.
C’est donc une bonne raison pour ne pas faire des éléments trop petits ; )

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque groupe de surface par proximité

Continuons avec l’atelier Generative structural analysis.

Les conditions limites

Nous allons encastrer le modèle au niveau de la zone de préhension (action de la main sur l’arrosoir).
On utilise dans ce cas la commande encastrement et on indique le groupe que nous venons de créer.
Les encastrements sont toujours des conditions limites un peu violentes et on sait que l’on ne pourra pas post traiter à proximité.
Ici, nous sommes plus intéressés pas ce qui se passera dans les rayons de raccordement entre l’anse et le reste de l’arrosoir.

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque encastrement sur groupe de surface par proximité

 

Je définis un chargement sur l’autre groupe comme étant une charge (le poids de l’eau) répartie sur tous les nœuds du groupe.
Dans l’absolu, ce n’est pas tout à fait exact car l’eau, sur les parois verticales, n’est pas capable d’exercer une traction vers le bas comme le ferait un solide collé. Il faudrait alors mailler l’eau de façon volumique et initialiser un contact avec l’arrosoir. Ceci serait beaucoup plus complexe, contraignant et gourmand en ressources. Il faut donc savoir simplifier le problème en ayant en tête les inexactitudes des simplifications.

La force (le poids) exercée par l’eau est donnée par cette formule en lien avec la Catpart (masse calculée de l’eau contenue dans l’arrosoir):

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque chargement sur groupe de surface par proximité

Les modèle est donc complet, on peut alors lancer la résolution.

 

Post traitement

(déformé 30 fois)

Déplacement à 0° d’inclinaison

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque post traitement deplacement inclinaison 0 degré

Contraintes de Von Mises à 0° d’inclinaison

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque post traitement Von Mises inclinaison 0 degré

Déplacement à 30° d’inclinaison

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque post traitement deplacement inclinaison 30 degrés

Contraintes de Von Mises à 30° d’inclinaison

Catia V5 Calcul arrosoir maillage coque post traitement Von Mises inclinaison 30 degrés

Conclusion

Conclusion sur le produit: on s’en fiche complètement car je ne suis pas là pour vanter mon arrosoir. On peut toutefois dire qu’il est largement dimensionné au regard des faibles valeurs de contrainte et de déplacement.
L’intérêt de cette démarche n’est pas d’aller chercher l’exactitude des contraintes mais bien d’en obtenir d’une part un ordre de grandeur et d’autre part de localiser les zones les plus sollicitées pour orienter une démarche itérative d’amélioration du produit.

Concernant maintenant cet article. J’ai voulu ici vous montrer une démarche professionnelle allant du produit au calcul dans les meilleurs conditions, c’est à dire celles qui génère le moins de galère.

J’espère que ce genre de démarche vous inspire et vous permet de progresser dans l’utilisation de ce logiciel.
Dites moi dans les commentaires ci-dessous ce que vous en pensez … et pensez au like ; )

 

Les 3D à télécharger

Enter your name and email address to download Ensemble des modèles CV5R21 (Calcul arrosoir).zip

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Technicien dans l'âme et résolument passionné d'aviation, je vous invite à découvrir la CAO sur des thèmes variés avec un seul but ... Créer !

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