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Allegement d'un tube acier (RDM)



  1. #1
    vstal

    Allegement d'un tube acier (RDM)


    ------

    Bonjour

    Petit problème de RDM

    Pour construire un vélo je cherche a savoir si je peux percer un tube de 20X40X1.5 en acier long de 40 cm.
    on peux considérer que celui ci est tenue a un bout et une charge de 75k est appliqué a son extrémité .il est mis sur chant (face au dessus de20 et flan de 40)

    Puis-je perce ce tube de part en part sur sa face de 40 afin d'alléger ce tube en poids (trou de 16mm dans l’axe du tube espacé de 30mm en entre axes) ?

    -----

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  3. #2
    Jaunin
    Animateur Technologies et Bricolage

    Re : allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonjour, Vstal,
    Pourriez-vous nous joindre un croquis de votre tube, afin de voir les concentrations de contraintes dû à vos perçages.
    Cordialement.
    Jaunin__

  4. #3
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    j'espere que ça marche un fichier joint
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  5. #4
    invite19431173

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Pièce jointe validée.

    Merci de la mettre au format jpg la prochaine fois !

    Pour la modération.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Jaunin
    Animateur Technologies et Bricolage

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonjour, Vstal,
    Pouvez-vous me confirmer la position de votre tube, ou me montrer son emplacement.
    Cordialement.
    Jaunin__
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  8. #6
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    c'est bien cette pièce (base) et elle est double (de chaque coté de la roue arrière) liée a une extrémité au reste du cadre .Je pars sur un poids de 150kg (cycliste et sac qui se situeront sous le siège donc en charge sur ces pièces)
    merci

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  10. #7
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    donc 75 kg sur chaques bases

  11. #8
    jctof

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonjour,

    Il faudrait que tu fasses une étude des forces en statiques car s'il y a comme tu dis, une force vers le bas de 75kg à chaque extrémité, ta fourche va tout simplement tomber par terre
    Ce n'est pas ce qui va se passer évidemment puisque la fourche est raccordée sur l'axe de la roue et sur le cadre, et les forces s'équilibrent.
    par contre tu verra apparaitre un moment induira une flexion de la pièce.

    En prenant en compte simplement le coté axe de roue fixe, et 150kg vers le bas (ce qui n'est pas la réalité je pense) çà donne çà :

    Je referais l'étude avec les précisions que tu pourras apporter, n'hésites-pas à m'écrire en privé si tu veux
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  12. #9
    Jaunin
    Animateur Technologies et Bricolage

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonjour, Jctof,
    Effectivement, je suis tout à fait d'accord avec votre analyse, il faudrait simuler l'ensemble du cadre.
    J'ai bloqué les deux extémités, mais ce n'est pas juste non plus.
    Cordialement.
    Jaunin__
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  13. #10
    jctof

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonsoir Jaunin,

    question de curiosité, quel logiciel vous fait cette étude ?
    moi, j'utilise solidworks, cosmosworks.
    Et je profite de cas simples pour apprendre à m'en servir

    Vstal, on attend tous votre étude statique !!!

  14. #11
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    je ne connait rien mais rien de rien a la RDM si c'est bien de cela qui sert pour vos calcul.

    le vélo a un cadre donc je peux vous montre le projet .
    je trace ensuite a l'échelle 1 et puis je modifie suivant le resentie .

    c'est fois j'aimerais m'appuyer sur du plus sérieux .

    [IMG][/IMG]

    donc le poids du cycliste s'exerce sur le centre de la poutre (40X40X1.5) basse presque horizontal. les deux point fixes sont le moyeu de roue arrière et le boite de direction .tout le cadre est en 40X40X1.5 soit les bases arrière .voir sur schéma plus haut comment est fait la liaison entre ces bases et le cadre.

  15. #12
    Nicolas83

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonjour,

    Ces nouveaux vélos où l'on pédale couché sont surprenant!

    De manière qualitative, je ne pense pas que le poids soit la seule force à prendre en compte. En effet l'avantage du vélo couché est de pouvoir pousser plus fort sur ces pieds puisque le dos est bloqué . Mais dans ce cas, des efforts longitudinaux arrivent dans le chassis. De plus ces efforts sont variables (=> dimensionnement probable en fatigue) ce qui risque de rendre les trous dans votre tube dévastateurs pour les concentrations de contraintes.

    Pour ma part, une vue un peu plus globale est nécessaire pour faire une étude correcte et ne pas passer à côté des problèmes probables, notamment sur les efforts a prendre en compte et les modes de ruines envisagés...

    Cordialement

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  17. #13
    jctof

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Entièrement d'accord avec vous Nicolas, voilà justement ce que je précisais à Vstal par mp:

    Bonjour,

    Je n'ai plus pratiqué les études de forces depuis un moment mais ce n'est pas si loin, je pourrai faire celle-là si vous voulez.
    Par contre, les fixation du siège ne sont pas représentées, or ce sont leur localisation qui va conditionné le reste des forces vu que la principale à prendre en compte est le poids du cycliste.
    Il faudrait cette liaison.
    Sinon, je ne comprends pas le tracé de la chaine.
    à ce niveau, il faut surement prendre en compte l'effort horizontal du cycliste qui tend à l'éloigner du pédalier.
    Sur un vélo traditionnel, quand le cycliste met un bon coup de pédale (cas extrème en danseuse), le poids qui le libère de sa selle est transmis à l'axe du pédalier , mais dans la même direction. Ici, çà ne sera pas le cas.
    J'attends de vos nouvelles

    Cordialement,

  18. #14
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    le point de fixation du siège est le même que celui de la roulette.celle ci permet de dévier la chaine afin d'éviter qu'elle ne touche le siège. le deuxième point de fixation (haut ) de siège est pris en extrémité des bases percées .
    le retour de la chaine (sortie dérailleur /dessous pédalier est gainé par un tube plastique fixé aussi sur l'axe de la roulette)

    sur ce type de vélo , la danseuse est impossible et l'on privilégie la vélocité du pédalage il est" interdit" de forcé sur le dos car cela entrainerait des problèmes très rapide au niveau des genoux (un haltérophile ne fait pas des séries de soulevé )

    je souhaiterais gagner le plus de poids voir si le perçage de la poutre horizontal (40X40X1.5) serait possible aussi .

    voici d'autre renseignement


    longueur total : 1.87m
    empattement : 1.15m (distance axe roue avant /axe arrière a l'horizontale)
    roue avant 20 pouces arrière 26 pouces
    hauteur siège : 0.50m
    hauteur axe pédalier : 0.67m
    angle de chasse 70°(angle de la boite de direction avec le sol)
    chasse 0.07m (distance entre le point projeté de l'angle de chasse sur le sol et le point de contact roue avant/sol)

    merci

  19. #15
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)


    voici deux de mes constructions


  20. #16
    Nicolas83

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Re,

    Très sympa ces deux réalisations ^^

    Un bon axe de réflexion pour gagner du poids serait d'aller vers un cadre en aluminium. En effet on gagne un facteur 3 sur le poids à quantité de matière constante. Comme la raideur est aussi 3 fois plus faible il faudra songer à en mettre un peu plus que si c'était de l'acier mais bon au final on est toujours gagnant si on a su bien réfléchir...

    Ce qui me semble indispensable à vérifier :

    1. tenue mécanique du châssis
    2. Flèche (déformée) du châssis raisonnable. Sinon le cycliste aura l'impression d'etre sur des suspension mal réglées.

    Pour initier l'étude il faudrait partir sur un poids de charge extérieure (cycliste + sac = 150Kg) et aussi la puissance des jambes du cycliste.
    En effet qu'on le veuille ou non lorsque ce dernier va pousser sur la pédale il y aura un effort longitudinal transmis au châssis de part et d'autre (devant et derrière); privilégier la vélocité du pédalage permet juste de le reduire mais non de l'annuler. Après si le pédalier est directement relier à la fourche avant et le le siège à l'axe arrière au moyen d'une barre, alors la pièce qui nous occupe ne devrait pas travailler (à vous de voir en fonction de la réalisation et la définition exacte).

    Petit calcul approximatif :

    L'objectif étant juste d'avoir un ordre de grandeur...

    Effort vertical = 150*10=1500N
    Effort longitudinal = négligé
    matériau = acier S355 (résistance élastique = 355MPa)

    Alors la contrainte maxi en considérant l'effort centré (ce qui n'est pas le cas) vaut =F.L/4 / (I/v)

    Inertie I = (40^4-37^4)/12=57153mm^4
    rigidité en flexion I/v = 57153/20=2858mm^3

    Et contrainte=F.L/4 / (I/v) = 1500*1150/4 / (2858) =151MPa

    flèche =F.L^3 / (48.E.I) =1500*1150^3 /(48*210000*57153)=3.96 mm.

    La modélisation est grossière et peut etre affinée .

    Conclusion :

    Je pense qu'en ajustant bien la matière, en choisissant un profilé adapté (qui n'est certainement pas le tube carré) et en faisant le cadre en alu, on doit pouvoir gagner un facteur 2 sur le poids assez facilement.

    D'autres avis sur la question ?

    Cordialement

  21. #17
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    oui de l'alu mais faut pouvoir le souder .ce qui n'est pas forcement simple sans gros moyen.
    je n'ai qu'un poste a souder a l'arc donc acier et pas trop fin .ce qui explique cela

  22. #18
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    un cycliste hyper costaud c'est 300w
    si cela peut aider .je suis a 80/100 w mais pour le calcul 300 ce serait bien comme donnée (il y auras de la marge )

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  24. #19
    jctof

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonsoir,

    La puissance développée n'est très utile dans l'étude R.D.M, elle est utile pour le rendement, et l'étude en dynamique, c'est tout je pense.

    Pour la force d'appui sur le pédalier, qui se traduira en bas du siège, direction opposée au pédalier, je prendrai le poids du cycliste, qui, sur un vélo normal, au plus (en danseuse), peut répercuter son poids.

    Ou un peu plus quand il tire sur le guidon !!

  25. #20
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    on ne tire pas sur un guidon en vélo couché sinon c'est la gamelle (on ne peut contre balance avec le reste du corps). c'est l'un des avantages de ce type de vélo: le haut du corps est au repos ( lombaire ,epaule ,coude,poignet ,cervical, fesse : pour pas dire un autre terme)

  26. #21
    seizetheday

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    150 kg en tout c'est un peu léger comme dimensionnement
    au moindre nid de poule on doit se prendre au minimum 2G verticalement soit 300kg
    dans une poutre en flexion les contraintes passent essentiellement dans les semelles hautes et basses, les flancs verticaux étant la pour reprendre le cisaillement
    donc a condition de ne pas percer les flancs comme un gougnafier il il n'y pas trop de risque en statique pour les bases
    par contre percer le cadre principal risquer de baisser la rigidité en torsion du tube
    par contre ça fait longtemps que je songe a passer a ce type de velo qui présente aussi l'avantage de voir le paysage plutôt que le goudron et je ne pensais pas que c'était aussi facile a fabriquer
    je vais suivre ce post avec interet
    " La simplicité est la sophistication suprême" (Leonard de Vinci)

  27. #22
    jctof

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Vstal,

    Quand je parle de tirer sur le guidon, c'est sur un vélo normal, il me semble que pour appuyer plus fort sur les pédale, on peut basculer son poids en avant et se retenir avec le guidon.
    Là, j'ai bien compris qu'en théorie, à l'horizontal, il ne faut pas forcer sur le bassin, mais pour faire tourner le pédalier il y a bien une force à exercer dessus.
    C'est cette force que j'estimerai au poids du cycliste.

    voilà pour la précision

  28. #23
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    ok
    je n'avais pas compris comme cela.
    mais l'hypothese tient

    150kg c'est deja une charge max qui risque de ne jamais etre utiliser

  29. #24
    jctof

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    150kg c'est deja une charge max qui risque de ne jamais etre utiliser
    Qui risque de ne pas l'être mais qui peut... et qu'il faut donc prendre en compte.
    La remarque de seizetheday est juste.
    partant de la charge max possible, il faut prendre en compte les vibrations / chocs possibles. Je ne sais pas si il faut prendre 2 g, il faudrait en être sûr.
    Je pense que çà peut être beaucoup plus, par exemple en descendant d'un trottoir
    çà se calcul, sinon sur une bascule assez rapide, voir ce que donnent un poids de 150kg lachés de 15cm... ?

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  31. #25
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    je dis peut etre n'importe quoi mais une chute libre de 0.15 m c'est une vitesse de 6,2 km/h
    V² = 2 * g * h
    2*9.81*0.15 =2.95 racine de 2.95= 1.72 m/s soit 6,200 km/h

    maintenant faut voir ce que ça donne en g ?

  32. #26
    seizetheday

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    le nombre de G ça va être la "vitesse" a laquelle tu vas passer de 1.72 m/ s a 0
    ça dépend de la souplesse de ton cadre et de tes pneus
    pneu en acier: beaucoup de G
    pneu en chewing-gum: pas beaucoup de G
    mais c'est plutôt la montée qui risque de mettre plus de G
    mais tout ça c'est difficile a estimer
    sinon tu prends un vélo couché qui existe, tu prends les dimensions des bases et au moins tu es sur que ça passe sans se prendre la tête avec des calculs
    " La simplicité est la sophistication suprême" (Leonard de Vinci)

  33. #27
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Coment calculer la force d' un impact ?
    par exemple: une voiture de 1500 kgs a 100km/heures ?

    une balle de golf de 45 grammes a 200 km/h ?





    La force mise en jeu au cours de l'impact dépend directement
    de la durée delta t notée ici Dt pendant laquelle l'impact a lieu.
    Par intégration simple de la relation fondamentale de la dynamique notée ici F = m dv / dt on aboutit à
    S(F dt) = S (mdv) S représente le signe somme
    soit Fm Dt = d (mV) relation dans laquelle d ( mV) représente la variation de la quantité de mouvement du mobile et Fm la force moyenne de l'impact qui a duré Dt secondes.
    Si par exemple l'impact de la voiture a duré 0,2 s, la force moyenne mise en jeu sera Fm = mV / Dt puisque dans ce cas la vitesse finale est nulle.
    Appl.num. Fm = (1500 x 100 / 3,6) / 0,2
    Ce qui fait pas mal de newtons, je te laisse le soin de teminer le calcul. Cette force serait 5 fois plus faible pour un impact d'une seconde.
    Pour un impact de 1/100 s avec la balle de golf, on aurait
    Fm = 0,045 x 200 / 3,6 x 100 = 4,5 x 200 / 3,6 = 250 N
    Cette valeur peut paraître importante mais on remarquera que si l'impact se faisait sur une surface molle Dt serait plus grand et Fm plus petit. On peut également remarquer que si la balle, en rebondissant sur une surface très dure repartait
    en sens inverse avec la même vitesse, Fm serait doublée et
    vaudrait 500 N pour la même valeur de Dt.
    NB Les 3,6 servent bien sûr à transformer les km/h en m/s.


    Donc pour 150kg
    6 km/h
    Temps d’amortie du pneu 1 s
    (150*6.2/3.6)/1 = 258 N soit 260kg

  34. #28
    Jaunin
    Animateur Technologies et Bricolage

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Bonjour, Vstal,
    Je n'ai pas bien compris votre calcul :

    Donc pour 150kg
    6 km/h
    Temps d’amortie du pneu 1 s
    (150*6.2/3.6)/1 = 258 N soit 260kg N => kg

    Cordialement.
    Jaunin__

  35. #29
    vstal

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    et si le temps est plus court 0.5s on double la valeur mais je penche pour un temps "long" car un pneu bien gonflé amorti pas mal .en plus une partie de la vitesse n'est pas absorbe du fait que le vélo augmente sa vitesse lors de cette descente .je pense donc que ma valeur est correct.

  36. #30
    Jaunin
    Animateur Technologies et Bricolage

    Re : Allegement d'un tube acier (RDM)

    Re-Bonjour, Vstal,
    Ce que je ne comprends pas, c'est que vous passiez du résultat de 258N à soit 260 kg.
    Je ne sais pas s'il y a quelque chose que je n'ai pas vu.
    Cordialement.
    Jaunin__

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