La théorie et la pratique forme une équipe

La simulation assure des conditions favorables. Les essais pratiques suivants étudient si les résultats théoriques peuvent être vérifiés par des résultats d'essai. À cette fin, des jauges de contrainte (SG) sont installées dans le secteur de la charge maximum calculée. Les jauges de contrainte répondent à la force de compression ou de traction par un changement de résistance électrique.

Jauge de contrainte installée sur une pièce en test

Ces variations sont trop petites pour permettre une analyse directe, alors, les jauges de contrainte sont câblées dans un montage en pont complet.

Schéma d'un pont de jauges

ε est calculé en utilisant l'équation suivante:

Après installation des jauges de contrainte, les roues en aluminium subissent un essai de fatigue ou un essai bi-axial de roue. Les essais biaxiaux de roue montrent les propriétés structurales réelles des roues développées récemment ; les essais bi-axiaux ont pratiquement transféré la poursuite de l’essai dans le laboratoire.

Puisque sur des bancs d'essai, les roues sont en rotation, les signaux sont transmis à l'amplificateur de mesure QuantumX MX410 par l'intermédiaire d’une télémétrie sans fil. Cet amplificateur compact, équipé de quatre voies de mesure, a été tout particulièrement conçu pour acquérir et analyser des phénomènes mécaniques hautement dynamiques.

Chaque voie du module universel MX410 accepte le raccordement de six technologies de capteur et offre des taux d’échantillonnage 96 kHz/voie avec 24 bit de résolution.

L’appareil fournit les résultats extrêmement précis qui sont exigés pour acquérir des forces et des accélérations hautement dynamiques. Le signal de mesure conditionné est disponible à la fois en numérique et analogique. Le MX410 peut être facilement relié ainsi à différents systèmes d'analyse. Il utilise le port Ethernet et la liaison Firewire pour la communiquer. Les résultats peuvent être enregistrés, visualisés et analysés sur un PC à l’aide, par exemple, du logiciel catmanAP.

10.000 km de tests sévères correspondent à 300.000 km

Selon les directives de plusieurs fabricants de véhicules allemands, une roue doit avoir un espérance de vie évaluée à 300.000 kilomètres, qui sont simulés sur le banc par des essais bi-axiaux des roues représentant plus de 10.000 kilomètres.

Pendant son kilométrage de 300.000 km partout en Europe, une roue éprouve des conditions de conduite caractérisées par des efforts typiques divers ayant pour résultat des dommages qui sont reproduits dans un cycle d'essai spécial 98 (Europazyklus). La roue est soumise sur banc d’essai à ces charges sur environ plus de 10.000 km, pratiquement dans un mouvement rapide, de manière à simuler les 300.000 kilomètres sur routes européennes avec leurs conditions typiques. L'essai sur banc d'essai raccourcit de manière significative les cycles de développement et permet d’apporter rapidement les modifications nécessaires sur la conception ou sur les processus de fabrication à mettre en oeuvre.

Forces et Moments

Si un axe avant a une charge statique admissible de 1.000 kg sur l’axe cela signifie que chaque roue a une capacité de charge statique de 500 kg. En plus de la charge statique résultante du véhicule lui-même, une roue doit résister aux forces dynamiques et aux moments provoqués par la conduite qui représentent des facteurs d’influence principaux; incluant une conduite en ligne droite et en courbes, des portions de route droites en mauvais états mais aussi des efforts spéciaux obtenus sur des zones de pavés ou lors d’une montée de trottoirs.

Assurance Qualité avec des essais de fatigue

Des essais bi-axiaux sont principalement employés pour développer de nouvelles roues. L'essai de fatigue est un autre type d'essai de résistance. Les forces agissant sur la roue étaient la force verticale et la force latérale horizontale résultant du frottement statique du pneu lors d’un passage en courbe. Le moment de flexion maximum est calculé à partir de ces deux forces et peut être utilisé comme base pour les essais.

Selon le type de véhicule, les vrais moments de flexion pour les voitures ou les fourgons se situent entre le 2,5 kNm et 10 kNm environ. La directive du TÜV pour les roues de voiture moulées en aluminium exige 200 000 cycles de charge avec un moment de flexion de 75% et 1.800.000 cycles de charge avec  moment de flexion de 50% pour passer le test sans aucune fissure constatée. Après les cycles de charge exigés, la surface est inspectée pour déceler d’éventuelles fissures. L'essai de fatigue assure également la qualité de la production.

Optimisation pour améliorer le bilan énergétique

L'essai de longévité ou durabilité implique également de déterminer des marges de sécurité potentielles. L'essai d'une roue, en tant qu’élément de sûreté, prouve sa longévité de vie prévue de 300.000 kilomètres (voiture) et, en outre, fournit une parfaite connaissance permettant d’optimiser la quantité de matériaux nécessaire pour produire la roue.

Selon le principe : tant que possible utilisons aussi peu de matériau que nécessaire. Moins de matériau signifie moins de masse donc plus de légèreté; le véhicule peut être plus rapide et en même temps consomme moins de carburant. Une conception légère contribue directement à réduire les émissions de gaz en roulage.

Une autre contribution essentielle est qu’ainsi nous économisons l'aluminium, cela est très important parce que la production d'aluminium est une très grande consommatrice d'énergie, toutefois le matériau peut facilement être moulé à des matériaux secondaires. Vu les nombreux millions de roues produites par le groupe Borbet chaque année, chaque gramme de matériau économisé directement contribue à une économie d’énergie et rendre les produits compatibles avec l’environnement.

Conclusion

Les systèmes de mesure HBM apportent une contribution décisive à l’esthétique des roues en aluminium et à participe à leur conception fascinante en conformité avec les notions de fonctionnalité et de sécurité. Les contraintes locales déterminées par les essais et la mesure fournissent une connaissance immense sur la longévité des matériaux et sur les différents efforts agissant sur la roue. Le résultat de tout cela permet une économie du matériau et améliore le bilan énergétique.

Le choix de HBM

« HBM, pour moi, est le principal expert dans le domaine des techniques de mesure. HBM se montre absolument à la hauteur de son excellente réputation sur le marché. Nous avons eu droit à une consultation professionnelle, les réponses à nos questions ont été rapides et largement traitées et nous avons pu trouver efficacement une solution qui fonctionne bien. Le quantumX MX410 est pratique à manipuler, facile à utiliser et en même temps, il est très puissant et compact. Naturellement, nous utilisons également des jauges de contrainte de chez HBM, à condition que nos clients n'aient aucune autre condition dans leurs spécifications. »

Franz-Josef Völlmecke, Head of Borbet's Test Shop Hochsauerland

Au sujet de BORBET

BORBET s'est spécialisé dans les roues en aluminium de haute qualité grâce à une conception séduisante. Les affaires de famille ont été fondées en 1881 et l'entreprise produit des roues légères, depuis 1977, pour de nombreuses entreprises automobiles renommées. BORBET produit des roues en aluminium qui permettent d'associer la passion à une conduite qui soit éprouvée partout dans le monde. Visitez le site internet de la société BORBET

BORBET: Roues en alliage d'aluminum testées avec les modules d'acquisition de données QuantumX MX410

Avoir des temps de développement plus courts, est le but recherché de toutes sociétés de technologie dans le monde entier. BORBET, principal fabricant au monde de roues en aluminium montre comment il fait pour atteindre ce but, en utilisant un système de mesure malin pour rendre les essais plus efficaces. La technologie HBM est toujours présente avec par exemple, l'amplificateur de mesure dynamique QuantumX MX410.

Les roues en aluminium ont une allure élégante même si elles ont un aspect sportif, dynamique ou classique. Le regard porté sur une voiture est d’ordre émotif, il exprime la passion, l'enthousiasme et la fierté, en clair le style personnel du propriétaire.

La gamme des produits BORBET comporte environ 2.000 versions différentes de forme de jantes, avec de nouvelles conceptions ajoutées tout le temps. C'est exactement pour cela que les roues en aluminium sont un avantage important. La créativité dans la conception est seulement limitée par des spécifications de dimensions. La taille du système de freinage qui est incorporé, l'offset du aux roues OEM comme la circonférence des pneus OEM en déterminent les limites. Elles sont prédéfinies, puisque des tachymètres et les capteurs ont été adaptés à ces paramètres. Entre, les rêves esthétiques qui deviennent réalité, parce que la méthode de moulage de l’aluminium permet aux roues d’être plus jolies et d'être sensiblement mieux assorties que les roues en acier.

Calculs mathématiques et essais sévères sécurisent la beauté

Il va de soi que la version en aluminium paraissant sensible doit être aussi être fiable et solide et résister aux mêmes charges que celle de l’acier qui à l’air plus robuste.

Tout d'abord, une roue est un élément de sécurité. Le savoir-faire technique, les calculs mathématiques, les contraintes physiques et les essais approfondis transforme la conception créative en « beautés sûres ». Les développeurs simulent la roue nouvellement conçue en employant la méthode des éléments finis (FEM), une méthode de calcul reconnue dans la simulation des semi-conducteurs.

Les calculs sont basés sur la loi de Hooke. Celle-ci décrit le rapport entre la force agissant et la déformation résultant dans la plage d’élasticité du solide. Quand une force agit sur un corps élastique, celui-ci s’allonge ou rétrécit avec la contrainte mécanique se produisant dans le matériau.

Dans la gamme élastique d'un solide, ce rapport est linéaire, c.-à-d. que la déformation mécanique dépend directement du module d'élasticité du matériau utilisé et la contrainte. Le module d'élasticité ou module de Young est une constante qui spécifie combien il est facile ou dur de déformer élastiquement un matériau. Le module de Young pour les alliages d'aluminium, par exemple, est de 70 à 75 kN/mm² tandis que pour des élastomères (ex caoutchouc) il se situe seulement entre 0.01 et 0.1 kN/mm².

Loi de Hooke:

La méthode des éléments finis divise une construction complexe en plusieurs sous ensembles définies, également appelé éléments.

Chaque élément est décrit par une équation qui capture mathématiquement les faits mécaniques de l'élément. Les éléments sont liés avec leurs noeuds voisins. En d'autres termes : si une force agit sur un élément, elle agit également, sous une forme modifiée, sur les éléments voisins.

Les contraintes mécaniques et leurs interactions sont décrites à un point quelconque dans la structure entière par l'effet de toutes les équations d'élément. L'analyse structurale résultante fournit les premières informations sur le profil théorique du chargement sur la pièce. Les points pour lesquels le chargement maximum a été calculé, sont marqués par une couleur spéciale indiquant les points faibles potentiels.


Analyse Structurale

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