La version soudée en aluminium

Présentation de la solution

Même si cela a déjà été évoqué dans la partie 4.2.2, rappelons les caractéristiques de la version soudée en aluminium (Figure 5.5).

Les profilés choisis sont de dimensions 4" x 1" x 0.120" et faits d’alliage 6061 T6. Les tôles servant à la fabrication des pièces d’attache et de raccord et des pièces de support composant sont d’épaisseur 0.1" et faits d’alliage 5052 H32. Finalement pour le joint arrière, on choisit le soudage avec pièces de raccord comme sur le châssis actuel en acier. Le poids total obtenu est de 16.86 kg soit un gain de 22.31 kg par rapport au châssis en acier.

Figure 5.5 Version soudée du châssis en aluminium proposé pour le véhicule élec

Caractéristiques mécaniques

Avant de présenter les résultats, il est utile de rappeler les valeurs limites pour que la résistance en fatigue de la structure soit assurée. Dans les profilés, la valeur de la contrainte ne doit pas dépasser 185 MPa. Si on se trouve dans une zone affectée thermiquement, cette limite descend à 110 MPa. En ce qui concerne les pièces d’attache et de raccord et les pièces de support composant, la valeur limite de contrainte est de 140 MPa. Dans la zone affectée thermiquement, elle descend à 115 MPa.

Pour les cas sévères de nid de poule, la limite fixée correspond aux limites élastiques des matériaux : 270 MPa pour le 6061 T6 et 195 MPa pour le 5052 H32.

Par ailleurs, les concentrations de contraintes au niveau des soudures seront ignorées pour les raisons évoquées dans la partie 4.3.1.

La figure 5.6 présente la répartition des contraintes dans la structure pour les cas de virage et de freinage.

Le tableau 5.4 résume les contraintes maximales observées dans les profilés et les autres pièces pour chaque cas de chargement.

Cas de chargement Contrainte maximale dans les profilés Contrainte maximale dans les profilés (ZAT) Contrainte maximale dans les autres pièces Contrainte maximale dans les autres pièces (ZAT) Virage 161 MPa 65 MPa 118 MPa 82 MPa Freinage 98 MPa 66 MPa 138 MPa 111 MPa Nid de poule

avant 124 MPa 61 MPa 174 MPa 146 MPa Nid de poule

arrière 67 MPa 65 MPa 111 MPa 102 MPa Tableau 5.4 Contraintes maximales dans le châssis en aluminium soudé selon les différents cas de chargement

Figure 5.6 Contraintes observées dans le châssis d’aluminium soudé pour les cas de virage et de freinage

Ainsi, la tenue en fatigue de la version soudée semble assurée. Cependant, un test physique serait nécessaire afin de s’assurer du comportement à long terme des zones soudées.

Dans le cas où la résistance ne serait pas suffisante, un traitement thermique a été envi- sagé pour renforcer la structure. Une soumission effectuée auprès de la société Thermetco à Montréal a permis de chiffrer ce traitement à 68 $ hors coût de gabarit. Bien que dispen- dieuse, cette solution resterait envisageable à condition qu’on contrôle le reste des coûts. Calcul du coût de fabrication

Le châssis soudé semble donc viable mécaniquement, mais qu’en est-il de son coût de fa- brication ? La méthode d’estimation du coût a été détaillée dans la partie 4.3.2. Étant données les contraintes maximales relevées dans la structure, un traitement thermique n’est pas nécessaire.

Les profilés choisis ont été commandés chez MetalSupermarket pour un prix de 63.25 $. Quant à la mise en forme des profilés, elle avait été estimée à 28$ par Maxime TACHER. Le coût de mise en forme des pièces de raccord et d’attache a été recueilli sur des docu- ments internes au laboratoire. Le coût matière première des tôles a été estimé par rapport aux prix de vente de MetalSupermarket.

En ce qui concerne les pièces de support composant, il s’agit d’éléments encore en déve- loppement. Aussi, aucun coût n’est disponible concernant la mise en forme. L’hypothèse formulée est que comme la géométrie des pièces en acier et en aluminium est très similaire, le coût de mise en forme sera identique dans les deux cas. La valeur affichée dans le tableau correspond donc au coût de matière première pour la fabrication en aluminium.

Par ailleurs, l’estimation du coût de soudage a été faite par William ROUGÉ. Le ta- bleau 5.5 récapitule le détail du coût de la structure soudée.

Ainsi, la version soudée du châssis en aluminium coûte 287.79 $, soit 83.22 $ de plus que le châssis actuel.

Rigidité

Lors des analyses par éléments finis, des déplacements plus importants sont observés pour la structure soudée en aluminium. Afin de comparer avec le châssis de référence, on relève les déplacements aux mêmes endroits (Tableau 5.6).

Ceci montre bien que la structure proposée est moins rigide. On effectue la moyenne des différences observées, ce qui permet d’estimer la perte de rigidité à 110 %.

Ce défaut de rigidité est problématique et devra être amélioré si on veut assurer un com- portement dynamique du véhicule équivalent au châssis de référence.

Châssis soudé en aluminium Achat profilés 63.25 $ Mise en forme profilés 28 $

Coût total profilés 91.25 $ Matière première pièces

d’attache et de raccord 57.95 $ Mise en forme pièces d’attache et

de raccord 25.45 $ Coût estimé des pièces de

support composant 46.44 $ Coût total autres pièces 129.84 $

Soudage 66.70 $ Traitement thermique S/O Coût total procédés

d’assemblage 66.70 $ Coût total du châssis 287.79 $

Tableau 5.5 Détail du coût du châssis en aluminium soudé

Cas de chargement Déplacement maximal Déplacement au point d’attache de la roue avant gauche Déplacement au point d’attache de la roue avant droite Déplacement au point d’attache de la roue arrière Virage 15.9 mm 4.8 mm 2.5 mm 7.6 mm Freinage 13.1 mm 7.7 mm 7.7 mm 7.2 mm Dos d’âne avant 19.8 mm 11.2 mm 11.1 mm 5.7 mm Dos d’âne arrière 25.3 mm 2.9 mm 3 mm 10.2 mm Tableau 5.6 Déplacements observés sur le châssis d’aluminium soudé pour cha- cun des cas de chargement