volant d'inertie multi matériaux

[UtilisateurDuNord]

Bonjour,

Je me pose une question sur les volants d'inertie (partie mécanique)

Après quelques recherches et notamment la lecture de cet article (http://www.8-e.fr/2014/02/volants-dinertie.html) il apparaît que l'énergie disponible dans un volant est proportionnelle à la contrainte maximum acceptable par le matériaux (et au volume). Du fait de la rotation rapide, la matière en périphérie subit une contrainte tangeantielle très forte qui dimensionne l'énergie enmagasinable par le volant. Pour un même matériaux, si on augmente la vitesse, il faut réduire le rayon ou vice versa.

Le tableau ci-dessous donne les quantités d'énergies volumiques (ou massique) en fonction du matériau :
tableau.jpg

Mais l'hypothèse principale de cet article est que le volant est constitution d'un unique matériau.

Comment modéliser la situation où le cylindre est entouré d'un second cylindre dont le matériaux est beaucoup plus résistant ?

Situation 1 :
Imaginons, à l'intérieur de l'acier (700 MP, 7800 kg/m3) et à l'extérieur de la fibre de carbone ( 5000 MPA, 1800 kg/m3).
Sur une base de 10 000 tour par minutes (soit environ 1000 radians par seconde) et selon la formule
formule.jpg, les rayons maximums des cylindres seraient de :
- 30 cm pour l'acier
- 175 cm pour la fibre de carbone
Comment modéliser les efforts dans les matériaux avec un cylindre de 125 cm d'acier, "enrobé" de 25cm de fibre de carbone (soit un rayon externe de 150cm).
Sans la fibre de carbone, le cylindre d'acier se désagrège, mais avec la fibre ?
J'imagine bien que l'acier va "pousser" sur la fibre de carbone....

Situation 2 :
On conserve le cylindre creux en carbone (rayon intérieur 125 cm, rayon extérieur 150 cm), mais on le remplit de sable (0 MP et 1800 kg/m3).
Le sable n'a aucune résistant à la traction et va se plaquer contre la fibre de carbone.
Comment modéliser ?
Peut-on remplir de sable ? Combien de sable peut-on mettre ?

Merci pour votre aide et bonne journée,
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[le_STI]

Salut,

pour poser une base de réflexion, je dirais que pour le cas acier/carbone il faut tenir compte d'une pression externe sur l'acier et d'une pression interne dans le cylindre carbone.
Il y aura évidemment égalité de ces deux pressions.
La pression sera due à l'interférence entre le diamètre extérieur du cylindre en acier s'il était non contraint et le diamètre intérieur du cylindre en carbone (tous deux soumis à la force centrifuge).

Il reste à trouver les formules sur le net (des documents/formulaires relatifs au frettage pourraient être d'une grande aide).

Dans le cas sable/carbone, je pense que la pression interne dans le cylindre sera due à la force centrifuge du "fluide" que constitue le sable (sous réserve qu'il puisse être assimilé à un fluide dans ces conditions).

[skeptikos]

Bonjour,
Ne faut-il pas préférer un matériau à masse volumique élevée?
@+

[le_STI]

Apparemment, pour des volants très massifs, un matériau de choix serait le béton (bon ratio masse volumique/prix).
Dans ce cas le cerclage extérieur devient indispensable (à cause de sa faible résistance à la traction)

[A voir en vidéo sur Futura]