Ce qu'il faut savoir et connaitre!!

Les cours vidéos

Documents et exercies

Pour s'entrainer

• Cliquer sur le lien ci-dessous et choisir les options comme la photo suivante:

Travail demandé

• A partir du lien ci-dessous, observer puis relever les éléments mis en œuvre par ce constructeur automobile et ses équipementiers pour répondre à la problématique de réduction des consommations énergétiques. Compléter le tableau du document réponse.

Le bon matériau au bon endroit pour alléger la caisse

• Rechercher et noter la définition des notions suivantes :

  1. Densité des matériaux

  2. Quelle est la masse volumique la plus utilisée, en vrac/apparente, réelle ou absolue/de la matière ?

• Rechercher la masse volumique pour les matériaux suivants : Acier, Aluminium, Magnésium, PMMA, PS

• A partir d’information sur le coefficient de dilatation isobare :

  1. Exprimer les éléments à prendre en compte qui engendrent une augmentation du volume en fonction de la température.

  A partir du document et des liens suivants :

  1. Doc PSA Citroën

  2. http://www.largus.fr/fiche-technique/Renault/Grand+Scenic.html

  3. http://www.largus.fr/fiche-technique/Citroen/C4+Picasso.html

Répondre aux consignes suivantes :

• Relever les évolutions de masse et de rejets de CO2 et compléter le tableau du document réponse.

• Que peut-on remarquer du rapport entre la masse et les rejets de CO2 ? Que peut-on dire des stratégies mises en œuvre par les deux constructeurs?

  1. Cependant, la marque automobile Renault développe une voiture à très basse consommation d’énergie sur un modèle électrique, l’Éolab.

     En utilisant le lien suivant :

     https://www.industrie-techno.com/eolab-le-bon-materiau-au-bon-endroit-pour-alleger-la-caisse.32508

• Énumérer les différents matériaux ainsi que les procédés de fabrication utilisés pour la conception du châssis de l’Éolab.

Des organes mécaniques allégés

A partir du lien ci-dessous :

• Identifier les organes principaux qui sont allégés sur ce modèle ainsi que les matériaux associés.

Une aérodynamique améliorée de 30%

L’allègement de la structure et des organes sont associés à des choix rigoureux tant sur la forme extérieure que sur les améliorations techniques favorisant la pénétration dans l’air afin de réduire les consommations énergétiques.

A partir du lien ci-dessous :

• Parmi les améliorations proposées pour améliorer le coefficient de trainée du véhicule, exprimer en une phrase simple le principe de fonctionnement de trois éléments choisis dans la liste ci-dessous :

• A partir des vidéos proposées, analyser les différentes situations et proposer en une phrase par vidéo une explication simple des tests effectués.

Attention, certaines scènes peuvent choquer mais ne servent qu’à réaliser des tests de résistance.

VIDEOS A INTEGRER

A partir du lien suivant :

• Rechercher et donner les caractéristiques permettant les principaux test EuroNcap des notions suivantes :

  • Notation des étoiles 5

  • Comment sont déterminés les véhicules testés ?

  • Que signifie AEB

A partir du lien suivant :

• Rechercher les 4 éléments du test EuroNcap, compléter le tableau du document réponse.

Le bon matériau au bon endroit pour absorber un choc lors d’un accident

La répartition dans une voiture de 1250 Kg est le suivant :

• En vous aidant de CES Edupack et des éléments ci-dessous, Répondre aux consignes suivantes :

Les aciers

Un acier est un alliage de fer et de moins de 2% de carbone. Les aciers utilisés sont austénitiques et composés de 0,02% de carbone, 17% de chrome, 12% de nickel et de traces de molybdène. Ils sont très ductiles et résilients.

Visionner la vidéo suivante :

VIDEOS A INTEGRER

• Expliquer ce qu’est un matériau ductile et résilient ?

Les fontes

On utilise des fontes à graphite sphéroïdale ou lamellaire. Elles ont une grande ductilité, une résilience élevée et une excellente usinabilité. Masse volumique (g/cm3) : 7,1 à 7,3

PHOTO A INTEGRER

• Quelles sont les valeurs des caractéristiques mécaniques de la fonte ?

  • Module d’élasticité (Young), Limite élastique, Résistance en compression, Allongement, Limite de fatigue, Température d’utilisation, Empreinte CO2 en production primaire.

Les matériaux du châssis

Le châssis est la structure à laquelle les autres éléments du véhicule sont fixés.

Anciennement fait de bois, c’est l’acier qui a été le matériau le plus répandu pour sa fabrication.

L’aluminium a fait son apparition dans les dernières années et remplace peu à peu l’acier.

• Rechercher les différences de caractéristiques mécaniques entre l’acier et l’aluminium et compléter le tableau du document réponse.

Activité en groupe de 4 élèves

Justifier des critères de sélection pour le choix de matériaux

Létude suivante va porter sur la justification des matériaux utilisés pour permettre aux véhicules de mieux résister aux chocs.

Dans la construction automobile, les alliages d’aluminium sont associés avec de l’acier comme sur la Cadillac CT6.

Dans le but d’alléger les véhicules, les fabricants utilisent les deux matériaux à des endroits spécifiques selon leurs caractéristiques.

Dans le cas de la Cadillac CT6, c’est une réduction de 90 kg qui est réalisé grâce aux alliages d’aluminium.

Cela représente au moins 5,3% de la masse de la voiture.

• Valider l’emploi de l’aluminium et de l’acier dans les zones identifiées ci-dessus.

Dans le cas des véhicules de compétition ou très haut de gamme, c’est la fibre de carbone qui est utilisée dans la construction du châssis.

• Comparez les caractéristiques de la fibre de carbone et de l’acier en complétant le tableau du document réponse.

• Que peut-on dire de ces différences ?

• Rechercher les critères qui peuvent être utilisés pour le choix d’un matériau résistant à la compression.

Vous allez maintenant justifier le choix de matériaux dans certaines utilisations de la structure de la modèle S (TESLA).

• Rechercher les critères qui peuvent être utilisés pour le choix d’un matériau du châssis.

95% du châssis de la modèle S (TESLA) est réalisée en aluminium magnésium 6063 :

• Ouvrir le logiciel CES Edupack et sélectionner le niveau 2. Aller dans le menus « Select » et dans « select from » sélectionner « univers des matériaux : Edu Niveau 2 ».

Ensuite cliquer sur « Graph » et dans la catégorie « masse volumique » sélectionner «la « rigidité » pour l’axe des x et la « la masse volumique maximale » pour l’axe des y.

Le graphe apparait faire afficher les familles de matériaux. Ce choix concerne la résistance globale du véhicule.

Puis remplacer la rigidité par la limite élastique et ensuite la limite élastique par l’allongement avant rupture afin de compléter le tableau du document réponse.

Vous allez maintenant justifier le choix de matériaux dans certaines utilisations de la structure de la modèle i3 de BMW.

A partir des fichier ci-dessous, répondre aux consignes.

• Dans le cas du choix des matériaux composites dans la constitution des éléments du châssis, Compléter le tableau du document réponse.

• Les résines qui structurent le matériau composite sont composées de 2 types de matériaux, Lesquels ?

• Quelle est la différence fondamentale entre ces deux matériaux?

• Valider le choix des critères de sélection (masse volumique et rigidité). Cherche-t-on à avoir des valeurs mini ou maxi pour chacune d’elle ?

Rechercher et justifier des choix de matériaux en fonction des différentes propriétés

Ouvrir le logiciel CES Edupack et sélectionner le niveau 2. Aller dans le menus « Select » et dans « select from » sélectionner « univers des matériaux : Edu Niveau 2 ».

Ensuite cliquer sur « Graph » et dans la catégorie « masse volumique » sélectionner «la « rigidité » pour l’axe des x et la « la masse volumique maximale » pour l’axe des y.

Le graphe apparait faire afficher les familles de matériaux. Ce choix concerne l’allègement global du véhicule.

Le diagramme d'Ashby est donné ci-dessous au cas où tu n'es pas CES Edupack:

• Citer les familles de matériaux qui valident ces deux propriétés ?

• Donner le nom de la famille de matériaux à laquelle appartiennent l’acier, l’aluminium et le magnésium. Peut-on les valider par rapport à ces deux propriétés ?

• Donner le nom de la famille de matériaux à laquelle appartiennent le verre et le carbone. Peut-on les valider par rapport à ces deux propriétés ?

• D’après le graphe nommer les familles de matériaux qui semblent répondre le mieux aux deux critères de sélections ?

• Valider alors l’utilisation de ces matériaux en complétant le tableau du document réponse.

• Relever dans CES Edupack les critères qui peuvent également être pris en compte dans le choix du matériau pour le châssis et la cellule et compléter le document réponse.

• Compléter le tableau dans le fichier « propriétés familles de matériaux.doc ».

Vous allez présenter à la classe, à la prochaine séance, les résultats de votre travail.

• Présenter sur 2 diapos maxi les propriétés des matériaux étudiés ainsi que la partie complétée du tableau « propriétés familles de matériaux ».

Justifier des critères de sélection pour le choix de matériaux

L’étude suivante va porter sur la justification des matériaux utilisés pour allègement des véhicules.

• Rechercher les critères qui peuvent être utilisés pour le choix d’un matériau allégé.

• Valider le choix de matériaux dans les 2 utilisations ci-dessous.

Nous remarquerons, que la réduction de taille suivant la zone du véhicule, allège différemment. Une voiture plus compacte est plus légère.

Sur l’avant du véhicule - Une motorisation plus compacte et des éléments de liaison au sol en aluminium et Sur l’arrière du véhicule - Les éléments du hayon :

A partir du lien ci-dessous, répondre aux consignes suivantes :

• Dans le cas du choix des matériaux composites dans la constitution des éléments du hayon, Compléter le tableau du document réponse :

• Les résines sont composées de 2 types de matériaux, Lesquels ?

• Expliquer la différence fondamentale entre ces deux matériaux en terme de durabilité ?

• Valider le choix des critères de sélection (masse volumique et rigidité). Cherche-t-on à avoir des valeurs mini ou maxi pour chacune d’elle ?

Rechercher et justifier des choix de matériaux en fonction des différentes propriétés

Ouvrir le logiciel CES Edupack et sélectionner le niveau 2. Aller dans le menus « Select » et dans « select from » sélectionner « univers des matériaux : Edu Niveau 2 ».

Ensuite cliquer sur « Graph » et dans la catégorie « masse volumique » sélectionner «la « rigidité » pour l’axe des x et la « la masse volumique maximale » pour l’axe des y.

Le graphe apparait, faire afficher les familles de matériaux. Ce choix concerne l’allègement global du véhicule.

Le diagramme d'Ashby est donné ci-dessous au cas où tu n'es pas CES Edupack:

• Citer les familles de matériaux qui valident ces deux propriétés ?

• Donner le nom de la famille de matériaux à laquelle appartiennent l’acier, l’aluminium et le magnésium. Peut-on les valider par rapport à ces deux propriétés ?

• Donner le nom de la famille de matériaux à laquelle appartiennent le verre et le carbone. Peut-on les valider par rapport à ces deux propriétés ?

• D’après le graphe nommer les familles de matériaux qui semblent répondre le mieux aux deux critères de sélections ?

• Valider alors l’utilisation de ces matériaux en complétant le tableau du document réponse.

• Relever dans CES Edupack les critères qui peuvent également être pris en compte dans le choix du matériau pour les hayons ?

• Compléter le tableau dans le fichier « propriétés familles de matériaux.doc ».

Vous allez présenter à la classe, à la prochaine séance, les résultats de votre travail.

• Présenter sur 2 diapos maxi les propriétés des matériaux étudiés ainsi que la partie complétée du tableau « propriétés familles de matériaux ».

Eolab

Caractérisation des poutres bois

A l'aide du banc 3R (banc de caractérisation matériauxx) vous devrez caractériser les batonners de bois.

Faire les essais suivants:

• Essais en flexion

• Essais en traction

Consignes à respecter !

• Vous testerez 4 batonnets en flexion et 4 batonnets en traction

• Si les mesures obtenues sont trop éloignées, enlever les extrémums

• Remplir le tableau suivant:

Le tableau ci-dessous est donné à titre d'exemple. Ce tableau exprime les dimensions moyennes des bâtonnets avec l'intervalle de confiance

• Vous obtiendrez des courbes de comportement martériaux en flexion et traction. A l'aide de recherches sur Internet sur la courbe des matériaux, analyser les courbes obtenues.

• En déduire la résitance à la rupture et le module élastique des batonnets de bois

Création de la maquette Solidworks

• A l'aide du modèle du socle des 2 rives espacées de 1,09m fourni ci-dessous réaliser une conception du Pont ferroviaire respectant le cahier des charges.

• Une fois la conception finie, faire une analyse statique de l'ensemble. Pour ce faire suivre le tutoriel vidéo (ci-dessous) d'étude en flexion d'une poutre

XXXXXX

Fabrication

Une fois la maquette solidworks validées, passer à la fabrication du pont.

Test de résistance à la rupture

SI le banc 3R le permet il sera fait un test à la rupture en flexion pour connaitre la résistance maximale du pont. SInon places le poids de 90 kg (équivaut à 10,8 T) au milieu de ton pont.

Support de résultats attendu

• Présenter les résultats des différentes étapes de résolution avec vos conclusions dans un dossier (Word, OpenOffice,...).

• Attention à bien présenter les hypothèses réalisées, les attendus, les démarches de résolution, les notions acquises,...

Justifier des critères de sélection pour le choix de matériaux

L’étude suivante va porter sur la justification des matériaux utilisés pour les disques de frein.

Voici les types de matériau utilisés pour les disques :

Acier inoxydable

Fonte GS (ductile)

Nous allons étudier le choix de matériaux par rapport à ses propriétés thermiques et en utilisant deux critères de sélection qui sont la conductivité thermique et la température d’utilisation maximale.

• Rechercher la définition de la conductivité thermique d’un matériau à partir de la vidéo « comportement des matériaux d’un point de vue thermique ».

VIDEO A EXPORTER

• Justifier le choix des deux critères de sélection (conductivité thermique et température d’utilisation max). Cherche-t-on à avoir des valeurs mini ou maxi pour chacune d’elle ?

Rechercher et justifier des choix de matériaux en fonction de propriétés recherchées

Ouvrir le logiciel CES Edupack et sélectionner le niveau 2. Aller dans le menus « Select » et dans « select from » sélectionner « univers des matériaux : Edu Niveau 2 ».

Ensuite cliquer sur « Graph » et dans la catégorie « propriété thermique » sélectionner «la « conductivité thermique » pour l’axe des x et la « température d’utilisation maximale » pour l’axe des y.

Le graphe apparait faire afficher les familles de matériaux.

Le diagramme d'Ashby est donné ci-dessous au cas où tu n'es pas CES Edupack:

• Citer les familles de matériaux qui valident ces deux propriétés thermiques ?

• Donner le nom de la famille de matériaux à laquelle appartiennent l’acier inoxydable et la fonte GS. Peut-on les valider par rapport à ces deux propriétés ?

• D’après le graphe nommer la famille de matériaux qui semble répondre le mieux aux deux critères de sélections ?

• Justifier alors l’utilisation de ce matériau en complétant le tableau du document réponse.

• Relever dans CES Edupack les critères qui peuvent également être pris en compte dans le choix du matériau pour les disques ?

• Compléter le tableau du document réponse.

• Compléter le tableau dans le fichier « propriétés familles de matériaux.doc ».

Vous allez présenter à la classe, à la prochaine séance, les résultats de votre travail.

• Présenter sur 2 diapos maxi :

  • Les propriétés des matériaux étudiés

  • La partie complétée du tableau « propriétés familles de matériaux »

A FAIRE !!!

Découverte de la résistance par le MOVE YOUR BRIDGE

Cahier des charges

L'objectif du défi Move Your Bridge est de concevoir et réaliser la maquette d’un pont ferroviaire de 130,5 m de portée, de 22 m de largueur à la fois mobile et éco-responsable.

Le diagramme des exigences donne le cahier des charges du Pont ferroviaire:

Cette maquette devra être réalisée à l'échelle 1:120ième.

Éléments fournis

Les éléments suivants seront fournis à chaque équipe concourante :

• socle avec 2 rives espacées de 1,09m ;

• un plancher carton de 1090 mm x 180 mm

• des poutres en bois (bâtonnets de glace) ;

• de la colle à bois ;

• du fil ;

• une carte arduino avec un servomoteur pour le pilotage du mécanisme de levée.

Hypothèses

• Les efforts verticaux liés au vent ne seront pas considéré

• Il n'y aura pas de point de reprise au milieu du pont

• Les caractéristiques de la colle sont considérées négligées face à celle des batonnets

• Les propriétes du bois sont anisotropes mais seront considérée isotrope pour faciliter l'étude

Ce qu'il faut retenir !

Recherche des paramètres d'efficacité et des critères de choix d'un dispositif de freinage

• Consulter les liens ci-dessous et relever les paramètres environnementaux, les paramètres physiques du véhicule et les organes du véhicule influant sur l’efficacité de freinage d’une automobile.

• Compléter le tableau du document réponse.

• Consulter le lien ci-dessous et rechercher des critères pour dimensionner et choisir un dispositif de freinage.

• Compléter le tableau du document réponse.

• Entourer dans le tableau (doc réponse) les critères qui concernent selon vous le choix d’un matériau pour le système de freinage.

Rechercher des propriétés de matériau

• Rechercher les types de matériaux utilisés dans les systèmes de freinage à partir des liens suivant :

Pour les disques :

Pour les plaquettes :

• En ce qui concerne les matériaux utilisés (fonte, acier inox, carbone, céramique) pour les disques de frein, rechercher leur utilisation, leur prix et donner les avantages et les inconvénients pour chacun.

• Compléter le tableau du document réponse.

Vous allez présenter à la classe, à la prochaine séance, les résultats de votre travail.

• Sur 2 diapos maxi, présenter les critères de choix d’un dispositif de freinage, les matériaux employés et les exemples d’utilisation.