» L’étude du mouvement » est un terme fourre-tout pour simuler et analyser le mouvement des assemblages et des mécanismes mécaniques. Traditionnellement, les études de mouvement ont été divisées en deux catégories: cinématique et dynamique. La cinématique est l’étude du mouvement sans égard aux forces qui le provoquent; la dynamique est l’étude des mouvements qui résultent des forces. D’autres termes étroitement liés pour les mêmes types d’études sont la dynamique multicorps, la simulation de systèmes mécaniques et même le prototypage virtuel.
L’analyse cinématique est une tâche plus simple que l’analyse dynamique et convient à de nombreuses applications impliquant des pièces mobiles. Les simulations cinématiques montrent les positions physiques de toutes les pièces d’un assemblage par rapport au temps qu’il traverse un cycle. Cette technologie est utile pour simuler un mouvement en régime permanent (sans accélération), ainsi que pour évaluer le mouvement à des fins d’interférence, telles que les séquences d’assemblage d’un système mécanique complexe. Cependant, de nombreux ensembles cinématiques de base vont plus loin en fournissant des « forces de réaction », des forces résultant du mouvement.
La simulation dynamique est plus complexe car le problème doit être davantage défini et davantage de données sont nécessaires pour tenir compte des forces. Mais la dynamique est souvent nécessaire pour simuler avec précision le mouvement réel d’un système mécanique. Généralement, les simulations cinématiques aident à évaluer la forme, tandis que les simulations dynamiques aident à analyser la fonction.
Traditionnellement, la cinématique et la dynamique ont suivi la méthode classique des logiciels d’analyse de prétraitement (préparation des données), de résolution (exécution des algorithmes de solution, qui impliquent la solution d’équations simultanées) et de posttraitement (analyse des résultats). Même si les programmes d’aujourd’hui sont beaucoup plus interactifs, la plupart des programmes suivent ce processus de base car c’est un moyen logique de résoudre le problème. La plupart des solveurs sont disponibles en tant que logiciels indépendants.
L’une des raisons de la popularité de la modélisation solide est qu’elle ouvre la voie à de nombreuses applications. Vous pouvez pratiquement créer des dessins de travail automatiquement, en rendant des modèles qui ressemblent étroitement aux objets réels et en générant des modèles physiques à partir d’équipements de prototypage rapide. De même, l’étude du mouvement des mécanismes et des assemblages mobiles devient rapidement un sous-produit presque « libre » de la modélisation solide, aidant les ingénieurs à effectuer les opérations suivantes:
- Simuler des mécanismes pour aider à développer des conceptions réalisables
- Voir des animations physiquement réalistes pour détecter les problèmes et étudier l’esthétique
- Trouver les interférences entre les pièces mobiles et les réparer
- Vérifier un système mécanique entier avec de nombreux composants mobiles, même sans rapport
- Tracer des enveloppes de mouvement pour concevoir des boîtiers et assurer des dégagements.
- Créer des animations de séquences d’assemblage pour planifier une fabrication efficace
- Générer des informations de charge précises pour une analyse structurelle améliorée
- Calculer les spécifications requises pour les moteurs, les ressorts, les actionneurs, etc. au début du processus de conception
- Produire des animations pour la sortie en vidéo ou pour la publication sur des sites Web pour montrer aux clients et aux clients comment les produits fonctionneront réellement — pas seulement fournir un ensemble d’images de la façon dont cela pourrait fonctionner
Les résultats de base des études de mouvement sont nombreux, y compris l’animation, la détection des interférences, les fonctions de trace, les données de mouvement de base, les tracés et les graphiques. Les mouvements animés sont la sortie classique des analyses cinématiques simples. Au départ, le concepteur utilise une animation simple comme évaluation visuelle du mouvement pour voir si c’est ce que l’on souhaite. Des animations plus sophistiquées peuvent montrer des mouvements sous des angles critiques ou même à l’intérieur de pièces, un avantage certain par rapport à la construction et à l’exécution d’un prototype physique.
La capacité de détecter et de corriger les interférences sans passer d’un logiciel à l’autre est l’un des principaux avantages de l’intégration de la simulation de mouvement et de la CAO. La plupart des systèmes fournissent un retour de couleur, par exemple en se tournant vers les parties rouges qui subissent des interférences. Plus utiles, cependant, sont les systèmes qui transforment le volume d’interférence en une pièce de géométrie séparée, qui peut ensuite être utilisée pour modifier les pièces afin d’éliminer l’interférence.
Les fonctions de suivi fournissent des informations supplémentaires sur le mouvement. Le mouvement d’un joint ou d’un point particulier d’une pièce peut être tracé en 3D sous forme de ligne ou de surface. Ou, le système peut laisser des copies de la géométrie à des intervalles spécifiés. De telles fonctions peuvent fournir une enveloppe de mouvement qui peut être utilisée pour concevoir des logements ou assurer des dégagements.
Les données de mouvement, telles que les forces, les accélérations, les vitesses et l’emplacement exact des articulations ou des points sur la géométrie peuvent généralement être extraites, bien que ces capacités soient plus applicables aux simulations dynamiques qu’aux études cinématiques. Certains systèmes permettent aux utilisateurs d’attacher des instruments à leurs modèles pour simplifier la spécification des résultats qu’ils souhaitent voir.
La plupart des paquets fournissent une pléthore de fonctions de traçage et de graphique. Les graphiques et les graphiques sont les plus couramment utilisés car les valeurs varient dans le temps et sont plus significatives qu’une seule valeur à un moment donné. Une capacité particulièrement utile pour étudier les alternatives de conception est de tracer les résultats de deux simulations différentes sur le même graphique. Ces données peuvent également aider les concepteurs à déterminer la taille des moteurs, actionneurs, ressorts et autres composants du mécanisme.
Les forces résultant du mouvement présentent un intérêt particulier car elles peuvent être utilisées comme charges (ou, du moins, pour les calculer) pour l’analyse structurale d’éléments individuels. Typiquement, la charge la plus élevée pour un cycle est utilisée pour effectuer une analyse linéaire statique par éléments finis (AEF) des composants individuels critiques d’un mécanisme. L’intégration de logiciels de modélisation solide, de simulation de mouvement et de FEA peut grandement rationaliser ce processus, particulièrement important lors de l’étude d’alternatives de conception, où de nombreuses analyses sont nécessaires.
Les ingénieurs ont utilisé des logiciels spécialisés pour effectuer diverses analyses pendant des années dans des projets tels que la conception de suspensions automobiles. Faire toutes les tâches dans un seul programme de CAO devient routinier car les modélisateurs solides sont étroitement liés aux logiciels de simulation de mouvement.
