rigidité d'un tube en carbone

[tibo34]

Bonjour je cherche a conaitre la rigidité (en torsion, traction-compression et flexion) d'un tube en carbone de manière expérimentale.
Comment dois je procéder et quel protocole dois-je suivre ou réaliser.
Pour info je cherche a remplacer ce tube en carbone par un tube en bois.
Merci

[Simplemind]

Bonjour je cherche a remplacer ce tube en carbone par un tube en bois.
Merci

C'est curieux car avant que tu trouves un cylindre en bois suffisament homogène pour maitriser les torsions, etc, tu n'est pas sortie de l'auberge.

Le rapport de résistance entre les deux matériaux doit être de l'ordre de 500 voir nettement plus (si mécano48 passe par là il nous dira le vrai rapport car je n'ai pas mes livres au bureau)

Par rapport à ta question regarde ici http://www.structil.com/en/products/avant_profiles.html

Aplus

[ABN84]

bonjour,
d'habord, de quelle forme de carbone tu parles, y en a 4, entre autre le graphite et le diamant.
en suite, comme l'a dit Simplemind (tu es trop modeste, vu ton savoir), il y a une grande difference entre bois (composite) et "carbone" (cristal), et donc celon le sens de coupe tu trouvera des des valeurs differentes aux memes sollicitation pour le bois. sans oublier, biensur l'homogeneité.

[mécano41]

Bonjour,

Je n'ai pas d'expérience dans ce domaine mais je peux, néanmoins, te donner quelques infos pour comparer la densité, le module d'Young et la résistance entre un acier mi-dur, un composite carbone-epoxy (site donné plus haut) et un bois moyen :



A conditions de dimensions et de charge égales entre bois et composite :

- pour la rupture, le rapport est d'environ 12
- pour la flèche, le rapport est de 12,5 à 25
- pour le poids, le rapport est d'environ 1/2

Tout cela est, bien entendu, sujet à larges variations.

Un gros inconvénient, il me semble, avec le bois (en dehors du fait de son manque d'homogénéité cité plus haut) :

- nous avons, ici, affaire à un tube or, lors de la flexion d'un tube, la section de celui-ci tend à s'ovaliser. Il y a donc une flexion transversale dans cette section et comme le bois résiste très mal dans ce sens, il y a accroissement du risque de rupture.

Peut-être devrais-tu donner des dimensions afin que des personnes connaissant le sujet puissent te répondre...

Cordialement

[BertrandR]

Bonjour,

Je suppose que lorsque tu parles de carbone celui ci est utilisé comme renfort d'un matériaux composite, pour connaitre les caractéristiques mécaniques du matériaux il faut aussi connaître celles de la matrice et la proportion de renfort par rapport au composite (en masse ou en volume).
En supposant que la matrice soit une résine epoxy (cas le plus probable) avec un taux de renfort de 60 % en volume les caractéristiques sont les suivanes :
Module d'Young sens long : 45 GPa
module d'young en transverse : 12 GPa
module de cisaillement : 4.5 GPa
densité 1450 kg/m3

Pour le bois ces caractéristiques sont très variables d'une essence à l'autre il faudrait donc des précisions.

Expérimentalement il est possible de faire des mesures de flexion et de torsion. En fonction des dimensions du tube il faut imaginer des systèmes de pesée ou autre.
Pour la torsion il faut éviter d'induire de la flexion, il faut donc appliquer un couple en tirant suivant 2 directions opposées.
Pour ce genre de manip la difficulté réside dans la précision qu'il faut attteindre en même temps sur l'application de l'effort et sur la mesure de la déformation.

Si tu as des caractéristiques précises pour le bois il est peut être plus facile de procéder par calcul.

Bon courage.

[tibo34]

Je me suis mal expliquer. A l'origine il existe un bras (de robot parrallèle) en fibre de carbone. Mon but est de remplacer ce bras par une autre pièce en bois (pas obligatoirement un tube). Le problème est qu'il me faut trouver la rigidité (ou raideur) de ce bras afin de concevoir une pièce qui aura la meme rigidité et qui supportera les meme efforts lors de l'utilisation du robot.

Je ne sais pas si je me suis bien fait comprendre??

Mais ce qui est sur c'est que je nage vraiment dans la choucroute avec ce projet

[BertrandR]

Pour obtenir la raideur de ton bras de robot il y a 2 approches possibles : la méthode expérimentale et le calcul, chacunes ayant leurs avantages et leurs inconvénients.
La différence de raideur entre le bois et la fibre carbone est tellement importante qu'il est fort probable que la pièce en bois soit géométriquement très différente. Je me doute également que la pièce en bois sera pleine, avec une masse nettement supérieure à celle de la pièce en "carbone", donc s'ajoute des problèmes d'inertie si le robot doit être rapide.
Enfin si la pièce en bois doit supporter les mêmes efforts que celle en carbone, on arrive à un problème qui me parraît difficile à résoudre comme cela sur un forum.
Il faudrait que tu précises et décomposes ce problème de manière plus détaillée. Je peux donner des indications mes pas résoudre le problème dans son ensemble.

[mécano41]

Juste un exemple des montages possibles pour tes mesures mais attention, tu vas trouver des flèches et des angles de torsion en fonction des charges appliquées ; ça, ce sera juste mais ensuite si tu fais des calculs pour retrouver E, renseigne-toi bien car je ne pense pas que pour les matériaux composites les calculs soient les mêmes que pour un matériau classique, en particulier si ensuite tu fais des calculs de résistance en vue de trouver un équivalent.

Cordialement

[Simplemind]

Le problème est qu'il me faut trouver la rigidité (ou raideur) de ce bras afin de concevoir une pièce qui aura la meme rigidité et qui supportera les meme efforts lors de l'utilisation du robot.

Mais ce qui est sur c'est que je nage vraiment dans la choucroute avec ce projet

A mon avis aucun matériau ne remplace un composite en fibre de carbonne lorsqu'il faut légèreté et solidité. C'est pour cela que l'airbus A380 et les voiliers de courses pour ne citer que cela l'utilisent assez massivement (si j'ose dire).

Donc soit ta pièce est cassée et tu veux la remplacer : auquel cas tu as aussi vite fait d'en refaire une en fibre de carbone.

Dis nous pourquoi tu veux remplacer cette pièce et poourquoi dans un autre matériau.

Comme dans les films à suspens, nous sommes sur ce fil supendus aux questions en suspends.

Cordialement O temps suspend ton vol

[tibo34]

A mon avis aucun matériau ne remplace un composite en fibre de carbonne lorsqu'il faut légèreté et solidité. C'est pour cela que l'airbus A380 et les voiliers de courses pour ne citer que cela l'utilisent assez massivement (si j'ose dire).

Et l'écologie dans tout ça!!!!!!
Pour satisfaire ta curiosité simplemind je vais te dévoiler mon petit secret (qui pour moi n'en ai pas un).
Je suis etudiant en iup génie méca et productique et mon projet professionnel de cette année et donc de concevoir ce bras en bois.
Le robot parrallèle va etre commercialisé d'ici peu de temps. Il est vrai qu'il fonctionne très très bien avec les bras en carbone.
Mais le labo de recherche (LIRMM sur montpellier) qui a travaillé sur ce robot ainsi que l'entreprise qui va commercialisé ce robot s'est demandé si on ne pouvait pas remplacé quelques élément en carbone par du bois, tout simplement pour l'écologie et peut etre le prix. Car ceux sont des robots prévus pour fonctionner en usine pour des opérations de "pic and place" (chargement de médicaments dans des boites ou tout autre sortes de taches)
Et donc voila la fin de l'histoire qui est que ce sujet est devenu mon projet de fin d'anné d'IUP.
En tout cas je tient a vous remerciez pour tout les conseils que vous me donnez.

[ABN84]

comme l'a dit mecano, aucun materiau conventionnel n'aura les caracteristiques mecaniques de ton composite. le bois n'est pas un materiau technologique, meme si c'est un composite. pour ton robot, il faut que le bras soit leger et qu'il supporte les charges qui sont exercee sur lui. celon la charge, tu pourra utiliser certains polymere, ou refaire le bras en composite. pour pouvoir choisir, il faut donc savoir qu'elle est la charge maximale que devra supporter ton bras.

[mécano41]

Dans ce cas-là, il faudrait peut-être demander des renseignements à la bambouseraie de PRAFRANCE à Générargues dans le Gard. Il doivent tout connaître sur l'utilisation possible du bambou. Le tube est déjà fait !

[ABN84]

composite(fibre de carbone)=>bois: mission impossible, car le rapport entre les deux limites elastiques est de l'ordre d'aumoin 1000

[BertrandR]

Et l'écologie dans tout ça!!!!!!
Pour satisfaire ta curiosité simplemind je vais te dévoiler mon petit secret (qui pour moi n'en ai pas un).
Je suis etudiant en iup génie méca et productique et mon projet professionnel de cette année et donc de concevoir ce bras en bois.
Le robot parrallèle va etre commercialisé d'ici peu de temps. Il est vrai qu'il fonctionne très très bien avec les bras en carbone.
Mais le labo de recherche (LIRMM sur montpellier) qui a travaillé sur ce robot ainsi que l'entreprise qui va commercialisé ce robot s'est demandé si on ne pouvait pas remplacé quelques élément en carbone par du bois, tout simplement pour l'écologie et peut etre le prix. Car ceux sont des robots prévus pour fonctionner en usine pour des opérations de "pic and place" (chargement de médicaments dans des boites ou tout autre sortes de taches)
Et donc voila la fin de l'histoire qui est que ce sujet est devenu mon projet de fin d'anné d'IUP.
En tout cas je tient a vous remerciez pour tout les conseils que vous me donnez.

Je suis d'accord avec toi, le bois n'est pas du tout un matériaux dépassé. La technologie bois/epoxy par exemple permet de l'utiliser en concurrence avec le verre/polyester par exemple. Les méthodes de mise en oeuvre et les applications sont différentes.
Par rapport à un composite carbone/epoxy c'est déjà plus difficile de rivaliser mais ça vaut le coup d'essayer.
Ce qu'il faut voir c'est que les épaisseurs n'ont rien à voir, le carbone est tellement rigide et solide qu'il s'utilise en membrane très fine donc souvent avec un sandwich ce qui complique tout et augmente le poids. En bois les épaisseurs seront presque 10 fois plus importantes, du coup pas besoin de sandwich.

Dans ton cas le remplacement par du bois est possible en sacrifiant un peu de rapidité de mouvement car ça sera 2 à 3 fois plus lourd. Si tu prends un bois léger, du pin par exemple, sa densité sera 3 à 4 fois plus faible que le carbone/epoxy donc les volumes de matière n'ont rien à voir. La limite de rupture en traction ou compression est de l'ordre de 50 MPa je dis bien de l'ordre car en fonction de quelques paramètres ça peut varier notablement. La fibre de carbone a une limite de rupture bien plus élvé en théorie mais en pratique c'est pas évident d'avoir une mise en oeuvre permettant d'attendre ces limites en particulier en compression, on doit donc être dans un rapport de 10 sur les limites de rupture en traction/compression.
Le problème du carbone c'est la fabrication des pièces, le plus simple c'est de prendre des profilés tout fait mais on perds l'avantage d'avoir une pièce moulée dont la forme est optimisée en fonction des contraintes. Avec le bois il est peut être plus facile (pour une pièce unique) d'avoir une forme plus compliquée et ainsi compenser les moins bonnes caractéristiques mécaniques du bois. Si tu as une forme compliquée en bois ça vaut le coup de faire du calcul par éléments finis (en anisotrope).
Pour le tube de carbone utilisé au départ il doit être possible de trouver les caractéristiques élastiques par le fournisseur de profilé carbone ou chez des fournisseurs comme structil :
http://www.structil.fr/materiaux_com..._pultrudes.htm

[ABN84]

La limite de rupture en traction ou compression est de l'ordre de 50 MPa je dis bien de l'ordre car en fonction de quelques paramètres ça peut varier notablement

uniquement en etant homogene. tous les materiaux technologiques possedent des singularités qui font baisser la limite d'elasticité. mais pour les materiaux naturels c'est plus le cas, car ces singularités sont plus grosses et plus nombreuses. si tu veuc travailler dans l'ecolo, c'est pas implssible, mais tu ne pourras pas utiliser ton bois telquel, il faut le transformer en materiau homogene. pour le boid c'est generalement par frettage.

PS: la limite a la ruplure n'est pas si importante que ca, c'est la limite elastique qu'il ne faut pas depasser