Conception et fabrication d'un châssis composite ultra léger pour le shell Eco-Marathon

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Conception et fabrication d’un

châssis composite ultra léger

pour le Shell Eco-Marathon

LOUVIGNY Yannick 3ème _{technique EMGM}

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Objectifs TFE

z Véhicule Pac2Future pour Shell Eco-marathon

z Conception d’un nouveau châssis

z Design du châssis par CAO

z Calcul résistance par méthode éléments finis

z Optimisation topologique

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Objectifs châssis

z Châssis monocoque, rigide et résistant

z _{Conformité avec le règlement}

z Espace et protection pour le pilote, visibilité

z Support des différents composants du véhicule

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Méthodologie

z Objectifs châssis Æ choix de conception z Dessin du châssis dans Catia V5

– Dessin châssis et coque

– Intégration des composants – Position du pilote et visibilité

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CAO

Æ Dessin châssis et coque

Châssis

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Simulation par éléments finis

z Calcul dans Samcef Field

z Différents cas de charge: flexion, torsion

z Résultats: déplacements (rigidité), critère de Tsaï-Wu (résistance)

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Simulation par éléments finis

z Stratifié de 3mm d’épaisseur (12 plis de carbone-epoxy)

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Simulation par éléments finis

Æ Flexion

Tsaï-Wu

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Calcul par éléments finis

Æ Torsion

Tsaï-Wu

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Optimisation topologique

Flexion

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Conception préliminaire

Æ Amélioration

z Manque de rigidité en flexion

z Pas assez résistant dans le cas de la torsion

z Faiblesse au niveau du support du train avant Æ Renfort (stratifié de 6mm au lieu de 3mm)

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Simulation par éléments finis

Æ Châssis renforcé

Déplacements: Flexion Amélioration:+350% Tsaï-Wu: Torsion Amélioration:+650%

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Conception préliminaire

Æ Conclusions

z Dimensions réduites par rapport au châssis de 2005 (longueur(15%), surface frontale(15%))

z Bonne visibilité

z Réduction de masse par rapport au châssis de 2005 (40-45%)

z Augmentation de la résistance par rapport au châssis de 2005

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Conception préliminaire

Æ Conclusions

z Espace un peu limité au niveau des jambes du pilote

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CAO

Æ Châssis fermé

Châssis fermé

Optimisation topologique: Flexion

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CAO

Æ Dessin châssis et coque

Châssis

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CAO

Æ Composants et visibilité

Visibilité Intégration des

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Simulation par éléments finis

z Stratifié de 2 mm d’épaisseur (8 plis)

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Simulation par éléments finis

Æ Flexion

Déplacements Amélioration: +2400% Tsaï-Wu Améliorations:+300%

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Simulation par éléments finis

Æ Torsion

Déplacements Amélioration:+350% Tsaï-Wu Amélioration:+1100%

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Optimisation topologique

Flexion

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Châssis définitif

Æ Améliorations

z Renforts au niveau des fixations et des barres latérales supérieures (stratifié de 4 mm)

z Utilisation d’un nid d’abeille en Nomex de 5mm

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Simulation par éléments finis

Æ Amélioration

Déplacements: Flexion Amélioration:+4500% Tsaï-Wu: Torsion Amélioration:+2550%

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Conclusions

Châssis initial Châssis initial

amélioré Châssis définitif Châssis définitif amélioré Rigidité: +350% Résistance: +650% Rigidité: +2400% Résistance: +1100% Résistance: +2550% Rigidité: +4500%

Réduction de la masse de 10% (55% par rapport au châssis 2005)

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Perspectives

z Aérodynamisme – Simulation numérique – Essai soufflerie z Choix matériaux z Optimisation z Méthode de fabrication

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