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
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.Envoyé par tibo34
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
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.
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
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.
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
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.
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
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
Et l'écologie dans tout ça!!!!!!
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).
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.
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.
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 !
composite(fibre de carbone)=>bois: mission impossible, car le rapport entre les deux limites elastiques est de l'ordre d'aumoin 1000
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
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.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
PS: la limite a la ruplure n'est pas si importante que ca, c'est la limite elastique qu'il ne faut pas depasser
Bonjour,
Dans le cas des matériaux composites et ont peut considérer que le bois est un matériaux composite, il n'y a pas de limite élastique, il n'y a pas de zone plastique.
Le mécanisme de fracture est totalement différent de celui d'un matériaux isotrope, les fibres lachent les unes après les autres et il n'y a pas de propagation comme dans le cas d'un métal. C'est pour cela que les composites sont nettement meilleurs en fatigue. Dans le cas d'un bras de robot ou les problèmes de fatigue n'interviennent pas tellement, c'est bien la limite de rupture qu'il faut considérer, mais avant cela il y a aussi les critères de rigidité.
Pour la transformation du bois ça dépend de ce qu'on veut faire, je ne crois pas qu'il soit nécessaire de le transformer en matériaux homogène, je crois qu'il faut au contraire profiter de l'orientation des fibres.
Pour l'homogénéité c'est évident qu'il ne faut pas prendre du bois avec des noeuds.
Pour un bras de robot, j'imagine bien un bras constitué de l'assemblage de 4 planches formant un caisson creux.
Si l'encombrement en volume n'est pas trop un problème, on doit arriver à une solution.
bonjour,
merci pour l'info.Dans le cas des matériaux composites et ont peut considérer que le bois est un matériaux composite, il n'y a pas de limite élastique, il n'y a pas de zone plastique.
sauf que dans le bois, elles changent de direction aleatoirement a longeur de tempsje crois qu'il faut au contraire profiter de l'orientation des fibres.je me demande bien ou tu vas trouver un tel bois.Pour l'homogénéité c'est évident qu'il ne faut pas prendre du bois avec des noeuds.
De lire tout cela je commence a penser que ce projet va d'une part etre très enrichissant pour mes connaissances mais va etre plus difficile (voir impossible) que je ne le pensais.
Je voudrais juste replacer le sujet.
Je dois trouver la rigidité en flexion, traction et torsion de ce tube en fibre de carbone.
Mon soucis est de savoir comment procéder.
Exemple pour la flexion : j'encastre mon bras d'un coté et j'y suspend des poids de l'autre coté. Puis je relève les flèches à divers endroits du tube.
Première question : est-ce une bonne façon de procéder?(si ce protocole est exact!!!!)
Mais ensuite quelle formule utilisé pour trouver la rigidité
OU vaut mieux-t-il utiliser le calcul??
Car une fois que je connaitrai la rigidité de ce bras, j'aurai un critère de comparaison (je pense).
Je pourrai commencer a chercher forme et matériaux qui puisse égalé cette rigidité.
Bonjour,
Je crois que j'ai bien saisi ta question de départ, mais si tu butes déjà sur la formule donnant la flêche en fonction de la charge ça va pas être évident.
Pour la flexion d'une poutre encastrée à une extrêmité et soumise à une charge appliquée perpendiculairement à l'axe à l'autre extrêmité on a la formule suivante :
f = F.l^3/(3EI)
f la flêche en m
F la force appliquée en Newton
l la longueur de la poutre en m ou la distance entre l'encastrement et le point d'application de la charge
EI la raideur de la section en Pa en considérant la section constante évidemment
E est le module d'Young et I l'inertie de la section.
L'inertie d'un tube creux est donnée par la formule suivante :
I = pi(D^4-d^4)/32
D diamètre extérieur en m
d diamètre intérieur en m
Bon courage.
Pour BERTRANR : Attention ! le moment d'inertie pour la flexion est :
et ce que tu as donné :
est le moment d'inertie polaire, utilisé pour la torsion.
Pour TIBO24 :
Un seul relevé de flèche suffit sur la longueur. Quand j'ai dit dans mon croquis de faire plusieurs relevés, ce sont des relevés sous des charges différentes pour faire une vérification.
Pour faire le calcul à la torsion après un relevé suivant mon croquis post #8, tu utilises :
où :
est l'angle unitaire de torsion en radians que tu calcules à partir de la déviation relevée au comparateur au bout du bras et de la longueur L2. Tu divise l'angle trouvé par la longueur L1 en m pour avoir
Mt est le moment de torsion. Mt = P.L2 avec P en N et L1 en m
Io est donnée plus haut avec D et d en m
G est le module de torsion que tu cherches, comme tu aura cherché E pour la flexion. G est en Pa.
Bon courage
Exact mécano, j'ai donné le moment d'inertie en torsion, mea culpa.Pour BERTRANR : Attention ! le moment d'inertie pour la flexion est :
et ce que tu as donné :
est le moment d'inertie polaire, utilisé pour la torsion.
En fait je ne pense pas buter sur l'utilisation de formule car j'ai déja pratiqué ces expérience sur des barres d'alu (en TP).
Ce que je me demandais c'est si c'était la bonne méthode pour trouver la rigidité d'un matériaux qui n'est pas metallique (ici le carbone).
En fait moi je pensais qu'il fallait trouver une raideur dans le genre de celle d'un ressort (F = k. x) avec k la raideur
Donc d'après vos conseils il me suffit de déterminer E (ou G) pour trouver la rigidité (ou raideur) de mon bras en torsion, flexion et traction-compression.
En fait je pense que mon plus gros problème est que je n'arrive pas à trouver le début du chemin pour commencer l'étude.
Je vais essayer d'en savoir un peu plus auprès de mes profs et je vous tient au courant.
Merci encore
Et je confirme bien que I = ...../64 (en flexion)
car I = ...../32 c'est en torsion.
petit moyen mémo technique Trente 2 ==>Torsion
Bonjour,
Ce que tu dis est bon. Si, par exemple en flexion, tu écris, pour une flèche x sous une charge F au bout du tube :
Ici, la raideur de la pièce c'est :
tu as donc bien F = k.x comme tu l'as dit.
Et tu compares alors les raideurs des pièces de matières et formes différentes et non plus le matériau seul.
Idem en torsion.
Bon courage
Un robot a architecture // type delta a des bielles qui travaillent généralement uniquement en traction-compression. C'est une des caractéristique de cette famille de robot en opposition avec les robots polyarticulés.
S'il a été utilisé du carbone, c'est que souvent ce genre de becane tourne à 150 cycles/minute. A un moment, il va falloir se poser des questions aussi vis à vis des inerties au moment des accélérations. Vu la complexité du pilotage, bon courage.
cordialement
Je voudrais juste replacer le sujet.
Je dois trouver la rigidité en flexion, traction et torsion de ce tube en fibre de carbone.
Mon soucis est de savoir comment procéder.
Exemple pour la flexion : j'encastre mon bras d'un coté et j'y suspend des poids de l'autre coté. Puis je relève les flèches à divers endroits du tube.
Première question : est-ce une bonne façon de procéder?(si ce protocole est exact!!!!)
Mais ensuite quelle formule utilisé pour trouver la rigidité
OU vaut mieux-t-il utiliser le calcul??
]
Bonjour,
Mesurer la flèche au niveau de l’extrémité libre est la bonne solution.
Comme dans ton cas de poutre encastrée à une extrémité et ponctuellement chargée à l’extrémité libre la flèche maximale Y = PL3 / 3 EI
( voir formulaire de RDM)
Il est facile de déterminer E.
L’ idée du bambou me semble pas idiote du tout….
bonjour,
pour l'essai de flexion, j'aurais plutot posé mon echantillon sur deux appuis aus extremitées et chargé le CG. car car l'essai par encastrement pose generalement un probleme de glissement et surtout de friction ce qui peut fausser les mesures..
Re bonjour
Afin de trouver la raideur (pour l'instant en flexion) de notre tube (D=60mm, ep=4mm, L=300mm, E=125GPa) nous avons commencé par une etude théorique. Grace à celle ci nous avons trouvé une flèche max de 0,015 mm pour un effort de 60N à une extrémité et un encastrement de l'autre.
Nous ne voulons pas dépasser 60N car les essais ne doivent pas etre destructifs et ces 60N correspondent aux efforts max subbis par le bras lors de son utilisation.(données fournies par l'industriel)
Ma question est la suivante, comment vérifier de façon experimentale et surtout comment mesurer avec précision cette flèche si petite?
Rq: il faut savoir que le bras se constitue de trois pièces: le tube en carbone plus 2 embouts en alliage d'alu afin de réaliser les liaisons.
Dans notre étude nous avons fait comme hypothèse que l'ensemble du bras était assimilé a un tube (liaison encastrement parfaite entre les 3 élément du bras)
Merci de vos réponses
Comment sont fixé les embouts sur le tube STP
Personnellement je pense que considérer les trois éléments comme étant le tube introduit un biais. En effet les embouts étant emmenchés le tube ne commence à ce comporté comme un tube qu'à un certaine distance de l'embout. Les embouts on pour effet de rigidifier et donc de diminuer la soupless du tube sur la dîte distance.
Comme l'aurait dis Raymond Devos sur les deux bouts du bouts.
Bonjour,
Ton problème ne va pas être de mesurer une flèche aussi petite, mais d'être sûr que c'est seulement le tube qui fléchit et non pas ce qui le tient qui te donne cette flèche (c'était un peu le propos d'Einstein dans un précédent post). Mais le bras étant très court par rapport à son diamètre tu pourras difficilement faire autrement pour réaliser la mesure. Il faudra soigner le moyen de blocage de l'extrémité fixe. Il faudrait quand même voir avec le constructeur du bras jusqu'où tu peux le charger car il serait intéressant d'avoir des flèches plus fortes, cela faciliterait la mesure. Avec les dimensions que tu donnes, je pense que l'on doit pouvoir aller beaucoup plus loin sans casser le tube.
Pour la mesure, tu peux utiliser un comparateur comme indiqué dans mon croquis. Les comparateurs courants sont au 1/100ème de mm mais il y en a de plus sensibles. Comme il y a des embouts, pense que la longueur de mesure doit être la longueur libre (celle qui fléchit).
Si tu as l'autorisation de mettre des charges plus élevées, tu peux ajouter un comparateur au niveau de l'encastement afin de vérifier que celui-ci n'a pas bougé.
Il ne faudra pas tenir compte des premières mesures (tassement probable).
Ne pas oublier de tenir compte de la masse de l'embout libre dans la charge.
Bon courage
Dernière modification par mécano41 ; 25/09/2006 à 16h16. Motif: ajout
