![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_01-e1726739003213.png\")
<\/p>\nVous ma\u00eetrisez maintenant bien la conception de pi\u00e8ces sous FreeCAD !<\/p>\n
Mais vos pi\u00e8ces sont-elles correctement con\u00e7ues, en particulier pour r\u00e9pondre aux exigences m\u00e9caniques n\u00e9cessaires au fonctionnement souhait\u00e9 ?<\/p>\n
On entre ainsi dans la science de la \u00ab\u00a0R\u00e9sistance des mat\u00e9riaux\u00a0\u00bb que FreeCAD propose d’aborder dans son atelier FEM.<\/p>\n
Je vous propose de le d\u00e9couvrir au travers d’un exemple tr\u00e8s simple : un porte-manteau tr\u00e8s basique.<\/p>\n
<\/p>\n
J’ai dessin\u00e9 rapidement cette pi\u00e8ce sous FreeCAD et, avant de l’imprimer, je me pose la question de savoir si elle r\u00e9sistera au poids d’un objet susceptible de se trouver accrocher dessus.<\/p>\n
D\u00e8s lors que l’on parle de \u00ab\u00a0r\u00e9sistance\u00a0\u00bb, on va n\u00e9cessairement parler de \u00ab\u00a0Force\u00a0\u00bb.<\/p>\n
Une force est une grandeur physique, d\u00e9finie comme : \u00ab la cause de la d\u00e9formation d’un corps ou de la modification de son \u00e9tat de repos ou de mouvement \u00bb.\u00a0Elle est exprim\u00e9e en newtons.\u00a0Elle est repr\u00e9sent\u00e9e par un vecteur selon le sch\u00e9ma suivant :<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_02.jpg\")
<\/p>\n
Elle est caract\u00e9ris\u00e9e par :<\/p>\n
On la repr\u00e9sente g\u00e9n\u00e9ralement par un vecteur (au sens math\u00e9matique). On peut alors appliquer \u00e0 ce vecteur tous les outils math\u00e9matiques courants (addition, soustraction, …).<\/p>\n
En fonction de la nature des forces appliqu\u00e9es \u00e0 un objet, celui-ci pourra se mettre en mouvement (mouvement de translation si toutes les forces sont appliqu\u00e9es en un m\u00eame point, mouvement de rotation si les forces sont appliqu\u00e9es \u00e0 des points diff\u00e9rents et dans des directions oppos\u00e9es – on parlera alors de moment de force).<\/p>\n
L’\u00e9quilibre physique d’un corps est d\u00e9fini comme \u00ab l’\u00e9tat dans lequel la somme de toutes les forces appliqu\u00e9es \u00e0 ce corps est \u00e9gale \u00e0 z\u00e9ro \u00bb. Il est alors immobile.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_03.jpg\")
<\/p>\n
Ceci est un r\u00e9sum\u00e9 tr\u00e8s tr\u00e8s r\u00e9sum\u00e9.<\/p>\n
Revenons \u00e0 notre porte-manteau !<\/p>\n
Fix\u00e9 au mur, il est consid\u00e9r\u00e9 comme \u00ab\u00a0\u00e0 l’\u00e9quilibre\u00a0\u00bb (on peut imaginer qu’il est fix\u00e9 au mur par une vis, qui exerce une force (de serrage). Le mur \u00ab\u00a0oppose\u00a0\u00bb une force de direction inverse.
\nNotre objet se retrouve \u00ab\u00a0statique\u00a0\u00bb mais aussi priv\u00e9 de l’ensemble de ses degr\u00e9s de libert\u00e9, et ce, dans toutes les directions. Lorsque l’on va suspendre un autre objet (et donc exercer une force verticale – li\u00e9e \u00e0 l’apesanteur et au poids de l’objet), il va n\u00e9cessairement apparaitre une force oppos\u00e9e qui va se cr\u00e9er, qui va – dans une certaine mesure- avoir un effet sur l’objet (d\u00e9formation, rupture).<\/p>\n
L’objectif de la science de la r\u00e9sistance des mat\u00e9riaux est donc r\u00e9v\u00e9ler les \u00ab\u00a0faiblesses\u00a0\u00bb potentielles de l’objet dans ces conditions d’utilisation.<\/p>\n
Cet atelier va permettre de simuler les forces appliqu\u00e9es et r\u00e9sultantes dans un objet. Nous pourrons donc ainsi avoir une id\u00e9e du comportement de l’objet dans son usage.<\/p>\n
Pour effectuer cette op\u00e9ration (sur notre porte-manteau), nous allons avoir besoin des \u00e9l\u00e9ments ci-dessous :<\/p>\n
Depuis l’atelier FEM, on commence par ajouter un conteneur d’analyse<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_04-e1726752958145.png\")
<\/p>\n
On ajoute ensuite un Solver<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_05-e1726753118837.png\")
<\/p>\n
On ajoute un mat\u00e9riau \u00e0 notre objet. L’outil nous propose toute une liste de mat\u00e9riaux, pour lesquels les diff\u00e9rentes caract\u00e9ristiques sont d\u00e9j\u00e0 renseign\u00e9es, mais libre \u00e0 vous de modifier. Pour notre exemple, je choisis d’imprimer ma pi\u00e8ce en ABS.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_06-e1726753290998.png\")
<\/p>\n
On d\u00e9termine la surface qui sera totalement fixe (l’\u00e9quivalent de notre mur), en posant une contrainte d’immobilisation.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_07-e1726753856965.png\")
<\/p>\n
Remarque<\/u> : il suffit d’ajouter la ou les surface(s) devant \u00eatre immobilis\u00e9e(s).<\/p>\nEtape 5 :<\/h3>\n
On d\u00e9termine la surface sur laquelle va \u00eatre appliqu\u00e9e la force correspondant au poids.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_08-e1726754102149.png\")
<\/p>\n
Remarque 1<\/u> :\u00a0 J’ai choisi de d\u00e9finir la force comme une force de \u00ab\u00a0traction\u00a0\u00bb sur la face inf\u00e9rieure. Il est en effet plus facile d’appliquer une force sur une surface plane, et ceci n’aura qu’un impact limit\u00e9 sur les r\u00e9sultats.<\/p>\n
Remarque 2<\/u> : lors de la cr\u00e9ation de la contrainte, il faut pr\u00e9ciser la charge en Newton (N). Dans notre cas, il s’agit d’une force verticale li\u00e9e \u00e0 la pesanteur et \u00e0 la masse de l’objet.<\/p>\n
La formue est P = m.g avec g environ 9,81 .<\/p>\n
Par approximation, pour un manteau de 10 kg, j’aurais une charge de 100 N.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_09-e1726754499228.png\")
<\/p>\n
Pour effectuer les calculs, le solver a besoin de s’appuyer sur un maillage (du m\u00eame type que pour un fichier stl). L’atelier propose 2 types de maillages : NetGen ou Gmsh.
\nJe rencontre souvent des probl\u00e8mes avec le maillage NetGen depuis les derni\u00e8res mises \u00e0 jour de FreeCAD. Mais vous pouvez choisir celui que vous voulez (je n’ai pas trouv\u00e9 de diff\u00e9rences flagrantes dans les r\u00e9sultats).<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_11-e1726754954456.png\")
<\/p>\n
Nous avons maintenant tous les \u00e9l\u00e9ments pour effectuer la simulation.<\/p>\n
Il suffit de double-cliquer sur le solveur, pour voir la fen\u00eatre suivante s’ouvrir.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_12-e1726755157583.png\")
<\/p>\n
Nous r\u00e9alisons une analyse statique (aucune pi\u00e8ce n’est en mouvement). On commence par g\u00e9n\u00e9rer le fichier .inp (qui prend en compte tous les \u00e9l\u00e9ments pr\u00e9d\u00e9finis dans les \u00e9tapes pr\u00e9c\u00e9dentes), puis de lancer CalculiX.<\/p>\n
Au bout de quelques secondes (plus ou moins long selon la complexit\u00e9 de l’analyse), on obtient (normalement) un r\u00e9sultat (CCX_Results), que l’on va pouvoir exploiter en cliquant sur l’icone color\u00e9e.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_13.png\")
<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_14-e1726756006783.png\")
<\/p>\n
L’outil permet diff\u00e9rentes analyses. Mais ce qui nous int\u00e9resse est de savoir si notre porte-manteau va r\u00e9sister. L’analyse des crit\u00e8res de cisaillement est ici le plus appropri\u00e9. En cochant l’option \u00ab\u00a0D\u00e9placement\u00a0\u00bb, il est possible de faire varier de 0 \u00e0 la charge max le r\u00e9sultat (On ne touchera pas \u00e0 la valeur Curseur max qui permet de d\u00e9passer les limites fix\u00e9es).<\/p>\n
On voit ici que pour une charge de 10 kg, nous aurons une l\u00e9g\u00e8re d\u00e9formation du porte-manteau, avec une zone de charge maximale sur la patte (zone en rouge).<\/p>\n
Si je refais la m\u00eame simulation, mais cette fois avec une charge de 30 kg, la d\u00e9formation est plus importante.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_15-e1726756423749.png\")
<\/p>\n
ATTENTION<\/strong> :<\/p>\n Il faut bien garder \u00e0 l’esprit qu’il ne s’agit que d’une simulation, et non d’une garantie que votre pi\u00e8ce va r\u00e9sister. Il y a en effet de nombreux autres param\u00e8tres qui vont rentrer en ligne de compte, en particulier le fait que la pi\u00e8ce va \u00eatre imprimer. M\u00eame si les caract\u00e9ristiques du mat\u00e9riau sont bonnes, l’impression va n\u00e9cessairement rendre certaines zones plus fragiles (adh\u00e9sion des couches entre elles, pourcentage de remplissage, …).<\/p>\n Il faudra plut\u00f4t consid\u00e9rer cet outil comme un moyen d’am\u00e9liorer une pi\u00e8ce qui pourra sembler trop fragile, en pr\u00e9sentant des d\u00e9formations plus importantes que pr\u00e9vues et rendant l’objet non uilisable.<\/p>\n Imaginons maintenant que je modifie l\u00e9g\u00e8rement ma pi\u00e8ce pour lui donner ce nouvel aspect :<\/p>\n J’ai juste rajout\u00e9 une nervure en dessous de la patte.<\/p>\n Regardons la nouvelle simulation, toujours avec une charge de 30 kg.<\/p>\n La d\u00e9formation constat\u00e9e est moindre, et les charges sont r\u00e9parties sur la nervure, qui agit comme une jambe de force. A une charge de 10 kg (ce qui \u00e9tait mon objectif), il n’y a pratiquement plus de d\u00e9formation.<\/p>\n L’atelier FEM offre de nombreuses possibilit\u00e9s. Mais dans une utilisation basique comme celle pr\u00e9sent\u00e9e ci-dessus, il permettra d\u00e9j\u00e0 de vous faire une id\u00e9e sur les bons choix de design de votre pi\u00e8ce.<\/p>\n A vous de jouer.<\/p>\n <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Vous ma\u00eetrisez maintenant bien la conception de pi\u00e8ces sous FreeCAD ! Mais vos pi\u00e8ces sont-elles correctement con\u00e7ues, en particulier pour r\u00e9pondre aux exigences m\u00e9caniques n\u00e9cessaires au fonctionnement souhait\u00e9 ? On entre ainsi dans la science de la \u00ab\u00a0R\u00e9sistance des mat\u00e9riaux\u00a0\u00bb que FreeCAD propose d’aborder dans son atelier FEM. Je vous propose de le d\u00e9couvrir au … <\/p>\nUn exemple d’am\u00e9lioration<\/h2>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_16-e1726756946319.png\")
<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.aacmb.fr\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/FEM_17-e1726757240970.png\")
<\/p>\nEn conclusion<\/h2>\n