Dimensionner un réservoir sous pression (air comprimé)

[Jahlex]

Bonjour à tous et pardon d'avance car je sais que ce sujet à été maintes fois abordé cependant j'ai besoin d'aide.

Je suis actuellement entrain de développer un petit projet perso qui nécessite la fabrication d'un «*réservoir*» soumis à une pression interne de 10 à 15 bars (air comprimé).
Le réservoir sera usiné à partir d'un étiré rond en aluminium et son couvercle de fermeture assurera l'étanchéité via un joint de piston,se réservoir sera destiné à acceuillir une valve.
Après avoir lu tout et rien sur le sujet et étant donné qu'il est question de travail sous pression, je souhaiterais faire vérifier ma démarche et la validité des calculs.
J'ai plusieurs fois lu des références au CODAP néanmoins je n'arrive pas à me le procurer sans que cela ne sois payant.





Le cylindre équivalent à ce réservoir à les dimensions suivantes*(correspondant au volume maximale admissible par le réservoir en position valve fermée):

_diamètre 20 mm
_ hauteur 14,8mm


Il me faut déterminer l'épaisseur de matière limite à laisser autour de la chambre pour éviter une déformation voir une rupture brutale du réservoir du à la pression. Pour cela j'ai trouvé les calculs suivants* sur ce lien http://mms2.ensmp.fr/mms_paris/mecar..._Reservoir.pdf*(j'ai utilisé la valeur donné du σy cependant celle-ci doit dépendre de la nuance d'alu utilisé*? ): .

Fissuration par charge limite*:

el = (P * R) / σy

avec*:
el*: épaisseur limite
P : Pression interne du système
R : Rayon du cylindre
σy*: limite d'élasticité du matériaux utilisé

J'ai suivi l'exemple trouvé au même endroit que les formules et j'ai doublé la pression interne pour obtenir un facteur de sécurité donc dans mon cas*:

el = ( 30 * 10)/4000
= 0,075mm

Rupture par Fissuration critique*:

ac = 1/π * ( Kc/σy)²
= 1/π * ( 25 / 400 )²
= 1,24

Dans mon cas*: el ≤ e ≤ ac ce qui d'après le document «*assure une bonne conception*» néanmoins la dernière partie Fissuration en Fatigue est floue à mon sens puisque je ne sais pas a quoi corresponde A ainsi que m ni comment ils sont obtenus.


1) à ce stade les calculs sont ils correctes et suffisant pour que je puisse continuer la conception en y intégrant cette donnée*?



J'ai également consulté ce lien,trouvé via le forum https://fr.wikipedia.org/wiki/Code_d...imensionnement*:


si je ne me trompe pas*:

énergie libérable par une explosion*: moyenne
type de gaz ou liquide*: groupe II
facteurs de défaillance*: dans mon cas, la valve doit cyclé aux environs de 30 cycle/min et son but est de délivré brusquement tout le volume contenue dans la chambre donc => variation brusque de pression.
Conséquence de défaillance*: Risque important de blessé une personne se trouvant au voisinnage proche du système.

N'ayant pas le CODAP, impossible de déterminer à quel classe appartient mon système dans la matrice de criticité et quels calculs y sont associés, je ne peut donc même pas vérifier la cohérence de mes premiers calcul via une autre méthode.

J'espère que toute cette lecture n'aura pas été trop ennuyeuse et que certains d'entre vous pourrons me dire ce qui va et ne va pas etc..toute contributions sera la bienvenue*.


Cordialement,

Alexis
-----

[Sanglo]

Bonjour,

Si ton croquis représente un vérin, où sont les arrivées et échappements de l'air comprimé.

De plus le piston est soumis à un triple guidage ce qui est un non sens.
Regardes la constitution d'un vérin là http://geea.org.pagesperso-orange.fr/PNEUM/verin.htm

A++

[wizz]

sauf s'il y a des contraintes de poids, d'encombrement, sinon, pour une pression de 15 bars, tu dimensionnes à la manière "une épaisseur nécessaire et laaaaargement suffisante". Ne cherche pas à dimensionner à 0.01mm près.

[geagea]

bonjour,
pour lr calcul de votre épaisseur ,matière aluminium et alliages d'aluminium la resistance mlini limite élastique a température ambiante/1,6 et réistance a la rupture/3 pour f1 et f2(contrainte nominale de calcul) et pour f3 mini=limite élastique/1,9 et resistance a la rupture/3 selon CODAP

cordialement

géagéa

[A voir en vidéo sur Futura]

[geagea]

pour continuer,si vous avez trouvé une épaisseur théorique très faible,il faut prévoir une épaisseur technologique,et concernant le couvercle l'épaisseur sera plus conséquente

cordialement

géagéa

[Sanglo]

Re,

Il y également une chose importante à vérifier:

Le cylindre équivalent à ce réservoir à les dimensions suivantes*(correspondant au volume maximale admissible par le réservoir en position valve fermée):

_diamètre 20 mm
_ hauteur 14,8mm

Le diamètre des vis de fixation du couvercle et le nombre nécessaire pour que les filets résistent à l'arrachement.
Je pense que c'est plus l'épaisseur du réservoir pour implanter les vis qui sera primordiale et la résistance à la pression sera à vérifier en fonction de cette épaisseur.
A++

[Jaunin]

Bonjour, Jahlex,
Donc, si je résume, ce n'est pas un réservoir d'air comprimé proprement dit, mais un mini vérin :

http://www.google.ch/url?sa=t&rct=j&...99804247,d.d24

Cordialement.
Jaunin__

[Jahlex]

Re bonjour à tous et merci pour tout ces retours, ca fais du bien d'avoir des éléments neufs à dispo*!


Je vais essayer de répondre à chacun.

Le croquis n'est pas représentatif de l'ensemble du système, seulement d'une partie. Ce «*vérin*» est enfaite une valve basé sur le principe de vase communiquant ( Croquis en pièce jointe Maj).

Principe de fonctionnement*;

1- l'air arrive dans la chambre N°1
2- la tige du «*vérin*» est alors poussée et viens fermer le vase communiquant entre chambre N° 2 et chambre N° 3 via le joint à lèvre.
3-de l'air arrive dans la chambre N°3 via l'entrée d'air N°2 .
4- à présent l'intégralité du système est sous pression.
5- on relache l'air présent dans la chambre N°1 , ce qui sous la pression de la chambre N°3 entraine le recul de la tige du vérin.
6- Une fois la tige du vérin rentré à son max, l'air chambre N°3 passe dans la chambre N°2 pour s'échapper ensuite par la sortie d'air .



Sanglo = > Vous trouverez deux croquis qui vous permettrons de saisir le but de la pièce. La pièce couleur laiton fait office de valve cependant celle-ci lorsqu'elle est en butée à gauche, perd une surface de contact ( surface en contact avec le joint à lèvre intermédiaire*). J'avais donc peur que la perte de ce "guidage" (plutôt surface de contact) suplémmentaire entraine un éventuel défaut de guidage*? Qu'en pensez vous*?


Wizz*=> Il n'y a pas vraiment de contrainte de poids, en revanche il existe une «*contrainte*» d'encombrement puisque je souhaite réaliser un système le plus compact ou petit possible.Sans calculer à 0,1mm, j'aimerais via les calculs obtenir un ordre de grandeur de l'épaisseur à laisser pour être sure que la conception n'engendre aucun risque potentiel. ( d'après les calculs actuels, une épaisseur de 1 mm serait suffisante ,ce qui me parrait peu d'ou mes questions). Par défaut et pour le moment toute la conception à été pensé de manière à laisser un minimum de 2mm* d'épaisseur? Qu'en pensez vous*?



GeaGea => Pour le moment votre réponse à propos des f1, f2 et f3 reste floue mais je n'ai pas eu le temps de faire de vraie recherche ,ni fournis d'effort pour comprendre non plus, enfin tout du moins pour le moment. En attendant que de nouvel questions ne fusent, pourriez vous développer ce principe d'épaisseur technologique*: à quoi correspond t elle et comment la déterminée ?


Enfin, certains d'entre-vous ont commencé à évoqué la fixation du couvercle,bouchon, que chacun l'appele comme il le souhaite ainsi que son épaisseur. Pour l'instant, j'ai prévu quatres vis BTR en M4x15 ou M4X20 avec un décalage de 90° pour assurer la fixation, comment effectuer un calcul me permettant soit de déterminer soit de vérifier mon dimensionnement*?


PS*: Sur les conseils de Sanglo, la tige de guidage intégrée au bouchon à été supprimée.
PS 2*: Il me semble avoir répondu en tout point à tout le monde mais l'erreur est humaine, si certaines choses ont été mise de cotés n'hésitez pas à me le rappeller.

Encore merci à tous, Cordialement


Alexis

[Sanglo]

Bonjour,

Sanglo = > Vous trouverez deux croquis qui vous permettrons de saisir le but de la pièce. La pièce couleur laiton fait office de valve cependant celle-ci lorsqu'elle est en butée à gauche, perd une surface de contact ( surface en contact avec le joint à lèvre intermédiaire*). J'avais donc peur que la perte de ce "guidage" (plutôt surface de contact) suplémmentaire entraine un éventuel défaut de guidage*? Qu'en pensez vous*?

Sur ton piston il manque un élément essentiel: un segment de guidage.
Regardes là :
http://www.festo-didactic.com/ov3/me.../03_verins.pdf Page 4 repère 8

A++

[Jahlex]

Après avoir fouiner sur les liens suivants pour comprendre un peu mieux a quoi correspondent f1 f2 et f3, j'ai l'impression d'en savoir un peu plus.

Dans mon cas, je souhaite obtenir un fort coéficient de sécurité, je me placerais donc dans le calcul de la contrainte nominal correspondant à f3 ( d'après ce lien*: https://fr.wikipedia.org/wiki/Code_d...3%A0_la_flamme )


J'ai suivi l'exemple développé sur ce pdf http://www.materiatech-carma.net/htm...20%20isitv.pdf* page 17-18*:

1ère Partie*: Détermination de la contrainte nominale

Dans l'exemple f = Min ( Rt(0,2)/1,9 , Rr/3)
f est donné comme étant = 80 Mpa
Si je suit le calcul*: f = (200/1,9 , 250/3)
f = (105,2 , 83,3)
Comment arrive t on à 80 Mpa*? Sélection de la contrainte nominale la plus faible et arrondie grossièrement*?

2ème Partie*: Calcul de l'épaisseur du «*tube*»

e = (Dm * P) / (2 *f *z )

a quoi correspond Dm*? J'imagine que c'est le diamètre moyen du «*tube*», exprimé en mm.

Soit e = (290 * 4,4) / ( 2 * 80 * 1)
= 1276/160
= 7,9 mm

encore une fois, je ne retombe pas exactement sur la même valeur que celle fournie ( 7mm ) , est ce qu'il s'agit encore d'un troncage*?


Mes dimensions*:

En attente de vos réponses et en partant du principe que la méthode appliqué etc est bonne, j'ai refais ces mêmes calculs mais appliqué à mon système*:

Matière utilisé*: Alu 6060 T6
Propriétés*: Rp0,2 = 160 Mpa et Rm = 215 Mpa ( trouvé sur un site de fabricant de profilé,étiré )

f3 = ( 160/1,9 , 215/3)
= ( 84,21 , 71,7 )

je retiens donc 72 comme valeur,je préfère surdimensionner que l'inverse.

e= (25 * 1,5)/ (2*72*1)
= 37,5/144
= 0,26 mm

Voilà les avancées que j'ai pu faire, ca me parrait toujours être une épaisseur très faible. Je m'en remet à nouveau à vous pour me driver et m'indiquer si ces calculs sont bons.

Cordialement ,


Alexis

PS*: merci pour l'info sanglo, je vais aller voir ca et commencé mes recherches pour en trouver un adéquate. Une question mécanique au passage*: comme vous l'avez vu ,le système est composé de deux parties principales qui doivent être démontable et remontable le tout en gardant une concentricité «*parfaite*» ( qui assure le fonctionnement) lors du remontage.
J'ai prévu d'utilisé deux goupilles de positionnement ou deux pions de centrages pour assurer le positionnement, qu'en pensez vous*?

[Sanglo]

Re,

Une question mécanique au passage*: comme vous l'avez vu ,le système est composé de deux parties principales qui doivent être démontable et remontable le tout en gardant une concentricité «*parfaite*» ( qui assure le fonctionnement) lors du remontage.
J'ai prévu d'utilisé deux goupilles de positionnement ou deux pions de centrages pour assurer le positionnement, qu'en pensez vous*?

Je n'utiliserais pas de goupilles de centrage mais un centrage par collerette entre les deux pièces (un embrèvement) plus simple à réaliser et plus précis.

De même pour l'assemblage des différents éléments, j'utiliserais des tirants traversants complètement toutes les pièces.
Là également, plus simple de construction (simplement des perçages et pas de taraudages).

A++

[Jaunin]

Bonjour,
Là, j'ai du me perdre :

Le cylindre équivalent à ce réservoir à les dimensions suivantes*(correspondant au volume maximale admissible par le réservoir en position valve fermée):

_diamètre 20 mm
_ hauteur 14,8mm

Soit e = (290 * 4,4) / ( 2 * 80 * 1)
= 1276/160
= 7,9 mm

Donc vous avez refais le calcul de l'exemple puis avec vos dimensions :

e= (25 * 1,5)/ (2*72*1)
= 37,5/144
= 0,26 mm

Cordialement.
Jaunin__

[wizz]

Pour en être sûr.
Je vois un piston, mais je ne vois pas ton réservoir.
Il est où ce réservoir d'air comprimé?

[Jahlex]

Re bonjour à tous ,


Jaunin*:

à la suite du mail de GeaGea avec les infos relatives a f1,f2 et f3 j'ai cherché à comprendre à quoi correspondait exactement f1,f2,f3 ( réponse trouvé sur ce lien*:https://fr.wikipedia.org/wiki/Code_d...3%A0_la_flamme).
Avec mes exigences j'ai choisis la classe de sécurité f3, j'ai par la suite chercher la formule de calcul de f3 avant de réaliser que celle-ci m'avait déjà été transmise par GeaGea.
Au cours de mes recherches internet je suis donc tombé sur ce fameux pdf qui comportait à mon sens un exemple idéal.
Pour être sure d'avoir correctement compris les calculs de l'exemple et afin de lever le doute sur des incertitudes j'ai en effet entrepris de refaire les calculs de l'exemple pour voir si je retombais sur les mêmes résultats que ceux donnés.
Par la suite et en supposant que la méthodologie sois bonne j'ai refait ces calculs pour mon système dans la partie intitulé «* Mes dimensions*» de mon précédent mail. A ce stade j'aimerais savoir si*les suppositions que j'ai faite lors de la vérification des calculs du pdf sont vérifiées ou non.



Sanglo*:


J'ai mis à jour le croquis avec les modifications suggérées, enfin si je ne me trompe pas sur le principe de l'embrèvement, il manque aussi la bague de guidage mais cela est en bonne voie.


Wizz*:

Ce que j'appelle «*réservoir*» ce sont les deux chambres d'air N°1 et N°3 identifiée sur le croquis.




Merci à tous et bon week-end à vous.

[Sanglo]

Bonjour,

Pour l'embrèvement et la fixation par tiges traversantes c'est bon.
Tu peux aussi supprimer l'alésage dans le piston ... il ne sert à rien.
Pour profiter de la pleine poussée dès l'arrivée d'air comprimé il te suffit de faire un petit alésage de 1mm de profondeur soit sur la face du piston, soit sur la face du couvercle.

A++

A++