2009

FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : AMADO CATTANEO Mathias
Sujet : Système de stabilisation du Segway
SYSTÈME DE STABILISATION DU SEGWAY®
I/Introduction.
Avec la fin annoncée des énergies fossiles, et la pollution engendrée notamment par les embouteillages en ville, de nouveaux moyens de
transports plus écologiques doivent être trouvés. Le Segway TP (pour Transport Personnel) en est le parfait exemple. Il fonctionne à l'énergie
électrique, ne dégageant donc aucun gaz à effet de serre, et surtout il est moins encombrant qu'un vélo. Ce type de transport est totalement
innovateur car se basant sur un système de servomoteurs qui grâce a l'utilisation de gyroscopes, permet à l'utilisateur d'être maintenu sur le Segway
et ce même à l'arrêt.
II/Problématique. But.
C'est ce système d'auto-équilibrage réalisé notamment à partir des gyroscopes placés au niveau de l'axe coaxial des roues du Segway qui m'a
poussé à m'interroger sur son mode de fonctionnement. J'ai donc axé mon travail sur l'étude de l'asservissement en angle (entre l'axe du manche et
la verticale) du Segway pour ensuite faire une comparaison avec la fonction de transfert en boucle fermée trouvée à travers divers expériences
réalisées directement sur le Segway de mon camarade.
III/Démarche.
Je me suis en donc dans un premier temps interrogé sur le fonctionnement des gyroscopes du Segway en me basant sur mes connaissances du
phénomène gyroscopique, pour ensuite établir plus précisément ce phénomène dans le Segway. J'ai ensuite voulu définir la fonction de transfert de
l'asservissement en angle d'inclinaison. Et apparu alors le premier problème qui a été le manque de coopération de la société Segway France.
J'ai alors choisi de valider l'expression établie précédemment en réalisant des expériences sur le Segway. Mon camarade et moi avons alors
fabriqué un banc d'essai permettant de définir la réponse du système à divers excitation nous permettant de connaître la fonction de transfert en en
boucle fermée. Ce banc d'essai nous a posé problème à cause de la difficulté de sa réalisation, notamment sur le rendu de l'inertie équivalente du
banc ramené aux roues du Segway. J'ai alors dû trouver un moyen annexe pour finaliser mon étude du système, c'est pourquoi j'ai choisi de
m'orienter vers une étude harmonique. C'est alors que j'ai pu comparer les résultats des différentes études réalisées pour pouvoir valider la fonction
de transfert trouvée analytiquement.
IV/Conclusion.
Le Segway TP est donc un moyen parfait pour pallier aux problèmes liés à l¿évolution de nos sociétés. Son système de stabilisation novateur
s'est révélé efficace pour maintenir l'utilisateur sur le Segway. Cependant des améliorations peuvent être réalisées. En effet sont usage peut se
révélé problématique pour des personnes âgées. De plus j'ai constaté que l'on peut améliorer le système quand il se retrouve face à un obstacle,
comme par exemple dans une forte pente et ainsi éviter à l'utilisateur de devoir trop se pencher pour pouvoir avancer.
V/Documentation
Travaux Pratiques sur le gyroscope en SI
Sujet Centrale-Supélec PSI 2005 de SI
http://www.toutsurlesegway.com
http://www.segway.ch/cgi-bin/display.php?s_ident=18
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : ANDRIEU François
Sujet : Photoélasticité - photoélasticimêtrie
Confrontation théorie du contact de Hertz - expérience de photoélasticimétrie
Ayant découvert la photoélasticimétrie par le biais de la cité des sciences, j'ai tout de suite voulu orienter mon travail vers ce domaine. Cette
méthode optique d'analyse des contraintes m'a donné l'idée de confronter théorie et résultats expérimentaux.
Nous avons travaillé à deux et nous sommes d'abord documentés sur la définition de la contrainte et les moyens théoriques et expérimentaux
de la déterminer au sein d'un matériau. Ensuite, nous avons cherché quels modèles ou théories nous pouvions confronter aux résultats donnés par
les expériences.
Nous sommes ensuite passés à la partie pratique. Après plusieurs essais infructueux, fautes de matériel performant, et de matériaux ayant une
biréfringence accidentelle suffisamment importante, nous nous sommes adressés, avec l'appui de notre professeur, à M. Borza, chercheur à l'INSA
de Rouen. Il a mis à notre disposition un banc de photoélasticimétrie pédagogique. Nous avons enfin pu réaliser des expériences vraiment
exploitables.
De par les dimensions des éprouvettes, il s'est avéré injustifiable de supposer nous trouver loin des points de contact dans nos mesures. Les
théories de résistance des matériaux étant par hypothèses valables loin de ces points, nous avons du renoncer à les confronter à nos expériences
(même si certaines photos l'illustrent bien). Nous avons donc focalisé notre travail sur la mécanique du contact, et nous avons alors adopté la
problématique suivante : peut on valider une théorie basée sur un modèle, tel que le modèle du contact de Hertz, avec des expériences de
photoélasticimétrie ?
Après avoir discuté la validité du modèle du contact ponctuel parfait, nous nous sommes donc placé dans le modèle de Hertz, et avons
comparé les résultats.
Lors de mon exposé oral, j'adopterai le plan suivant :
I : Photoélasticimétrie
1) Principes de base
2) Expérience réalisée
II : Contact de Hertz : confrontation aux expériences
1) Dimensions du contact
2) Profondeur de la contrainte tangentielle maximale
3) Valeur de la contrainte tangentielle maximale
Bibliographie :
- Encyclopédie de l'analyse des contraintes, Jean Avril, Micromesures, 1984
- Cours d'élasticité, IUT du Mans, département génie mécanique et productique, mars 2006 - octobre 2008
- Cours de mécanique du contact, CNAM, 2009
- Cours de mécanique, IUT de Lyon, département génie mécanique et productique, 2008
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : CARDON Chloé
Sujet : Etude et exploitation d'une jauge de contrainte
Étude et exploitation des jauges de contrainte
La visite d'une entreprise de conditionnement de café nous a amené à nous intéresser aux systèmes de pesée permettant de contrôler le poids des
paquets. Certains de ces systèmes utilisent des jauges de contraintes. Elles mesurent la déformation d'un corps d'épreuve donnant ainsi accès à
l'effort qu'il subit.
Objectif: Elaborer un système de pesée et étudier les différentes performances de ce capteur telles que la linéarité, la précision et la rapidité.
Démarche
Recherches:
J'ai essayé d'obtenir des informations sur les applications des jauges de contrainte auprès de certains industriels comme Mettler-Toledo.
Cependant ils ne pouvaient pas m'apporter les données qui m'étaient nécessaires puisqu'elles sont réservées aux professionnels.
Une première étude théorique du fonctionnement de ces capteurs nous a conduit à acquérir quelques notions de base sur la résistance des
matériaux, comme la contrainte et la déformation. De plus, ces recherches nous ont aidés à mettre au point les expériences à mener dans notre
projet.
Travail expérimental:
Nous avons procédé à des expérimentations pour mettre en évidence la possibilité d'utiliser les jauges de contrainte dans les balances. Le travail
expérimental a consisté à confectionner un capteur sensible aux déformations d'une poutre encastrée libre.
Les jauges collées sur le corps d'épreuve sont reliées à un pont de Wheatstone connecté à un montage amplificateur. Nos expériences nous ont
permis de trouver une relation entre la masse et la tension mesurée. De plus, elles ont mis en évidence une dépendance entre la mesure et la
position du point d'application de la charge.
Le calcul du module d'Young nous a permis de confronter nos résultats expérimentaux à la théorie et ainsi d'évaluer la précision de notre capteur.
Je me suis ensuite intéressée aux performances en dynamique. J'ai cherché à accéder expérimentalement aux fréquences de résonnance pour
évaluer la rapidité de notre système.
Plan
I/Présentation du dispositif
II/Performances statiques
III/Application en dynamique
Bilan:
Ce projet m'a permis d'élaborer un système de mesure à partir d'expérimentations. Il a fallu faire face à plusieurs difficultés liées à l'installation des
jauges ou au montage électrique.
Il existe d'autres types de capteurs donnant accès à un effort exercé sur un support tels que les cellules à compensation de force ou les capteurs
piézoélectriques.
Sources:
M. Lievre, responsable de communication de Mettler-Toledo.
Bibliographie
Avril Jean, "Encyclopédie d'analyse des contraintes", Publié par Micromesures, 1984.
P. Fleury, J.-P. Mathieu, Physique générale et expérimentale, Eyrolles, 1961
Cours de première année de Supméca Paris: I. Caron, J.-B. Casimir, G. Inglebert, R. Progri, M. Quillien Résistance des matériaux, Juin 2004.
Internet
Site internet de l'ESPCI : http://www.pmmh.espci.fr/fr/Enseignement/Archives/
Site internet de l'université du mans : http://www.univ-lemans.fr/
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : DELORME Sébastien
Sujet : Les frottements solides
Les frottements solides
Objectif de mon travail:
Les frottements sont responsables de la perte de 4% du PIB français, et les physiciens peinent encore à comprendre tous les mécanismes de ce
phénomène. Cependant le modèle de Coulomb permet une représentation simple et souvent suffisante des frottements. Malgré la pertinence de
cette modélisation, par soucis de simplification les frottements sont souvent négligés à notre niveau. En automatique, par exemple, le frottement
est très souvent négligé car c'est un phénomène non linéaire. On lui préfère un amortissement visqueux.
J'en suis alors arrivé à me demander quelle est l'influence des frottements sur les performances d'un système asservi. Pour cela il a fallu que
j'accède expérimentalement à l'information pertinente concernant le frottement. Puis il m'a fallu modéliser le phénomène pour pouvoir simuler la
réponse du système. Enfin j'ai pu comparer le comportement avec et sans prise en compte du frottement.
Travail effectué
Dans un premier temps mon travail a consisté en une prise générale d'informations sur ce phénomène pour en comprendre les origines, savoir où
en étaient les recherches actuelles, afin de dégager une problématique à ma portée. Devant le volume de l'information je me suis égaré et je ne
savais plus quelle direction donner à mes recherches. Mon professeur a su réorienter mes travaux et m'a conseillé de m'attacher à une
problématique concrète en rapport avec l'automatique. Je me suis donc proposé de modéliser la chaîne d'orientation du chariot filoguidé mentor en
prenant en compte les frottements. J'ai travaillé sur la forme à donner au schéma bloc, en sont ressortis quelques informations à identifier : Les
caractèristiques éléctromécaniques du moteur à courant continu, l'inertie équivalente ramenée à la roue, le paramètre de résistance au pivotement
roue/sol.
L'identification du moteur a été simplement réalisée grâce à la lecture de la documentation accompagnant la machine, la détermination de l'inertie
équivalente et la mesure du coefficient de frottement ont été réalisés expérimentalement.
Une fois ces données déterminées mon travail a consisté à exploiter les réponses temporelles données par le logiciel de simulation afin de répondre
à mes objectifs initiaux.
Bibliographie :
*Conférence de Lydéric Bocquet
http://www.canal-u.tv/auteurs/bocquet lyderic
*Pour la science n°230 Décembre 1996
*Science et info HS n°4 : contôle et optimisation
*Technologie n°152 Novembre Décembre 2007
*B.U.P n°689 décembre 1986
*B.U.P n°798 novembre 1997
*Logiciel Didacsyde
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : HEZARD Thomas
Sujet : la balance électronique
La balance électronique
Objectifs :
La contrainte d'un corps d'épreuve est une information cruciale pour un industriel.Une des techniques pour obtenir cette information est la
mesure de la déformation. Nous avons donc tout d'abord pensé à étudier la balance électronique insérée dans un procéssus industriel de
conditionnement de café. Nous voulions orienter notre TIPE sur l'aspect expérimental. Or, cette balance étant entièrement câblée, nous ne
pouvions pas faire les mesures que nous souhaitions. J'ai donc décidé de mettre en oeuvre un moyen de mesure d'une force en laboratoire, puis de
vérifier ses performances par rapport à un cahier des charges.
Démarche:
J'ai donc tout d'abord réalisé en laboratoire une première balance empirique, à partir d'une barre d'aluminium et de jauges de contraintes.
J'ai ensuite testé ma balance, puis analysé les résultats à la lumière d'un cahier des charges que j'ai préalablement fixé. Un citère fondamental
n'était par respecté.
J'ai donc modifié le corps dépreuve, puis simuler par informatique son mouvement.
Plan:
I Jauge de contrainte
II Aspect expérimental
1 Expériences
2 Résultats
III Modélisation d'une seconde balance par informatique
Conclusion:
Ce travail tout au long de l'année m'a permis d'adopter une démarche d'ingénieur, c'est à dire proposer un outil pour satisfaire un besoin, le
tester, analyser les résultats en les confrontant à un cahier des charges, et si besoin faire évoluer cet outil.
Bibliographie:
-Ouvrages: AVRIL Jean, Encyclopédie d'analyse des contraintes
-Contact: LEMETAIS Vincent, torréfacteur
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : JULIEN Geoffrey
Sujet : Approche industrielle d'un système thermodynamique
Approche industrielle d’un système thermodynamique
Présentation:
Dans l’industrie, il est très courant que les productions se fassent par une succession de taches. On appelle cela les chaines de productions. Il
est alors nécessaire que la coordination des taches soit efficace pour que l’installation reste rentable.
Si l’un des maillons de la chaine fonctionne anormalement, c’est toute la production qui est perturbée, voire arrêtée.
Nous nous intéresserons simplement à l’une des chaines de production de dibrome de l’usine Albemarle de Port de Bouc (13).
Objectif:
Nous étudierons en particuliers l’atelier d’évaporation et de distribution du Chlore, appelé « cabanage chlore », nécessaire à la production de
Brome. Le dichlore (gazeux) est consommé de façon irrégulière et nous verrons en quoi cela pose des problèmes de stabilité du système de
stockage.
Il s’agira en fait, d’identifier les problèmes rencontrés par les exploitants lors du stockage de Chlore gazeux.
Puis après analyse et tenant compte des contraintes matérielles et physiques, de proposer des solutions répondant aux problèmes posés.
Nous pourrons alors comparer les avantages et les inconvénients de chacune d’elles.
Cette comparaison sera complétée par un tableau donnant une évaluation des coûts et gains attendus.
Démarches:
Pour comprendre les problèmes rencontrés par les exploitants, il m’a fallu prendre connaissance de l’installation dans son ensemble. Ceci fut
facilité par les nombreux documents (schémas..) qui m’ont été fournis par l’un des responsables du secteur.
J’ai ensuite essayé de proposer un mode de fonctionnement qui permette d’améliorer la stabilité de système de distribution du chlore, et donc de «
fluidifier » la production en évitant des arrêts indésirables, mais forcés par les règles de sécurité très présentes dans l’industrie chimique.
Enfin l’intérêt sera de savoir si la solution envisagée serait un investissement intéressant pour l’usine. Il faudra pour cela, disposer d’une
évaluation des coûts de l’installation de nouveau matériel et des possibles gains, et donner une estimation du temps nécessaire pour rentabiliser
l’investissement.
Références:
Documents fournis par Mr.JULIEN Willy ( schéma+ courbes de valeurs)
Handbook (chimie)
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : LEPROU Boris
Sujet : Système de stabilisation du segway
SYSTÈME DE STABILISATION DU SEGWAY
INTRODUCTION
Les pics de pollution dans les villes deviennent de plus en plus fréquents c'est pourquoi il faut trouver des moyens de transport à la fois adaptés à
la vie citadine et non polluants. Le Segway TP (transporteur personnel) répond très bien à ces critères. En effet sa taille réduite et sa maniabilité en
font un moyen de transport très utile dans une ville et le fait qu'il soit électrique lui confère une propreté très supérieure à celle des scooters. De
plus c'est une innovation technologique très intéressante, c'est un module auto équilibré. En effet ses deux roues coaxiales l'obligent à réguler
constamment sa vitesse pour ne pas tomber. À l'aide d'un servomoteur, de 3 gyroscopes et d'un pendule ainsi que de moteurs à chaque roue, le
Segway peut stabiliser l'utilisateur pour lui éviter une chute. Le but de ce TIPE va être d'étudier ce système d'auto équilibrage.
OBJECTIFS
L'objectif de cette étude est de déterminer la fonction de transfert de l'asservissement de l'angle d'inclinaison du Segway et de la vérifier
expérimentalement grâce au Segway TP i2 que je possède.
TRAVAIL RÉALISÉ
Tout d'abord j'ai commencé par rechercher des informations auprès de Segway France mais étant donné leur manque de coopération je me suis
rabattu sur des solutions accessibles. Il m'a d'abord fallu comprendre le fonctionnement couplé des trois gyroscopes. Ensuite il a fallu comprendre
la structure de l'asservissement du Segway et déterminer à partir d'un modèle de connaissance sa fonction de transfert en boucle fermée. La partie
la plus difficile à réaliser fut la partie expérimentale. En effet j'ai d'abord voulu faire un banc d'essai pour le Segway afin qu'il ne se déplace pas
pour tester la réponse indicielle et la réponse à une rampe de mon système mais la réalisation d'un banc d'essai « fixe » a posé problème. J'ai donc
opté pour une étude en régime harmonique.
PLAN
1) Étude théorique
a) Les gyroscopes vibrants
b) Fonction de transfert en boucle fermée
2) Étude expérimentale
a) Conception d'un banc d'essai
b) Analyse fréquentielle en boucle fermée et résultats expérimentaux
c) Comparaison étude théorique / résultats expérimentaux
CONCLUSION
Le Segway est donc parfaitement adapté à la vie citadine moderne grâce à sa facilité de manipulation. Pourtant des améliorations peuvent être
envisagées. En effet, le Segway demande une certaine condition physique et donc n'est pas adapté aux personnes âgées ou en surpoids. De plus
des améliorations peuvent être réalisées lorsque le Segway rencontre une forte côte ( ou une forte descente) afin de diminuer l'angle d'inclinaison
de l'utilisateur.
DOCUMENTS
- Support de travaux pratiques de SI sur le gyroscope
- Sujet de centrale-supélec PSI 2005
- http://www.toutsurlesegway.com
- http://www.segway.ch/cgi-bin/display.php?s_ident=18
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : LESTREHAN Quentin
Sujet : Suiveur solaire et information
Titre : Optimisation du rendement d'un panneau solaire.
Introduction : Avec le réchauffement climatique et l'épuisement des ressources en énergies fossiles, il est devenu pressant de développer
l'utilisation des sources d'énergies alternatives, telles que le vent avec les parcs éoliens, le nucléaire ou encore l'énergie solaire. Aujourd'hui les
panneaux solaires fleurissent, qu'ils soient fixes ou guidés à l'aide de suiveurs solaires, on les retrouve aussi bien chez les professionnels que les
particuliers.
Motivations : Les suiveurs solaires (sun trackers) agissent comme des tournesols, ils permettent d'orienter le panneau solaire idéalement (rayons
solaires perpendiculaires à sa surface), et ce à chaque instant, pour en augmenter le rendement. Les publicitaires annoncent des gains de
rendement allant de 15 à 70%.
Problématique : Quel gain de rendement peut apporter un suiveur solaire à une installation à panneaux solaires et quels en seraient les
constituants ?
Démarche et méthode : Je me suis tout d'abord intéressé à l'étude de la faisabilité d'un suiveur solaire, c'est à dire le gain théorique qu'apporterait
un tel système. Pour cela j'ai réalisé une analyse mathématique du problème. Ensuite on peut entrer dans la phase étude et conception : avec en
premier temps la mise au point d'un cahier des charges pour la réalisation d'une maquette et ensuite la conception avec le choix des composants et
des actionneurs. On réalisera alors une carte électronique que l'on installera sur la plateforme du panneau solaire.
Bibliographie :
ressources internet :
-ABCelectronique, Du Typon Au Circuit Imprimé
Site disponible sur :
http://www.abcelectronique.com/acquier/typon.html
-Duane C. Johnson , The Renewable Energy Webring
Site disponible sur :
http://www.redrock.com/main.htm
Contacts :
M. François GUERIN, Enseignant chercheur au groupe GREAH de l'université du Havre (76).
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : MASSARI Sandrine
Sujet : La maintenance conditionnelle grace aux vibrations.
La maintenance conditionnelle basée sur les vibrations.
Introduction :
Dans l'industrie, les machines tournantes, telles que les moteurs ou les pompes, sont très utilisées et constituent un maillon indispensable de la
chaîne de production. L'arrêt d'une de ses machines bloque, en général, une partie de la fabrication et fait perdre à l'entreprise du temps et de
l'argent. Ces machines sont donc soumises à de nombreux contrôles pour assurer leur bon fonctionnement. La maintenance conditionnelle permet
de détecter l'usure de la machine en temps réel en utilisant par exemple les vibrations qu'elle génère.
Quelle est l'avantage de la maintenance conditionnelle ? Sur quel principe est-elle basée ? Comment identifier l'organe défaillant ? Quels sont les
différentes méthodes utilisées et qu'apportent-elles ? Comment ces méthodes sont-elles mises en pratique ?
Objectifs :
Dans mon étude, j'ai essayé de voir l'importance de la maintenance conditionnelle basée sur les vibrations et de mettre en pratique cette méthode
sur un modèle simple.
Méthode de travail :
Pour mener à bien mon étude, je me suis, d'abord, appuyée sur un sujet de la partie D du TIPE « Etude des vibrations pour la maintenance
conditionnelle » et sur une thèse de la faculté des sciences de l'ingénieur de Tlemcen « La maintenance prédictive pour les machines tournantes ».
J'ai compris les différentes méthodes de maintenance.
Puis, pour voir l'utilisation de cette technique en pratique, j'ai contacté Mr.Hureau et Mr.Ronel, employés dans des entreprises de maintenance
conditionnelle, Mecadyn et Vibrations Off-line.
Enfin, après avoir trouvé difficilement un accéléromètre, j'ai essayé de réaliser une analyse vibratoire sur un actionneur avec le matériel
disponible en travaux pratiques, afin de ma confronter au problème de la mesure (implantation du capteur, acquisition, traitement).
Plan :
I- La nécessité de la maintenance conditionnelle.
1) Les différentes formes de maintenance.
2) L'utilisation des vibrations.
II- Les différentes méthodes d'étude des vibrations pour la maintenance.
1) Méthode globale.
2) Méthode d'étude du spectre.
a-La prise de mesure.
b-L'exploitation du spectre.
III- La maintenance par vibration en pratique.
1) L'utilisation de la méthode globale par l'entreprise Mécadyn.
2) La méthode d'étude du spectre à travers une expérience.
a-L'expérience.
b-Les résultats.
c-Conclusion de l'expérience.
Bibliographie :
Cours :
« Etude des vibrations pour la maintenance conditionnelle », un sujet de la partie D du TIPE.
« La maintenance prédictive pour les machines tournantes », une thèse de la faculté des sciences de l'ingénieur de Tlemcen de Z.Sari-Hassoun,
A.Hadjoui, A.Hamidou, S.Bouzidi.
Sites Internet :
http://defectbearing.chez-alice.fr/
http://www.tsmi.info/profs/seminaire_2005/tp_vibration_souchon.pdf
http://www.mecadyn37.fr/
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : MOINET Antoine
Sujet : photoélasticimétrie
Confrontation de la théorie du contact de Hertz à l'expérience avec la photoélasticimétrie
Dans de nombreux domaines, il s'avère nécessaire d’avoir des informations sur les solides déformables soumis à des efforts extérieurs. On doit en
effet être en mesure de déterminer, selon la géométrie et l’environnement du système, les efforts qui permettent de rester dans la limite de
déformation élastique. La théorie du contact de Hertz y contribue dans de nombreuses applications industrielles (roulements, contact roue-rail,…)
et dans la physique (matériaux granulaires comme le ballast ). Nous nous sommes demandés si une telle théorie pouvait nous montrer ses limites
lors d’une confrontation avec l’expérience. La photoélasticimétrie, qui donne, par une méthode optique, une image réelle de la distribution des
contraintes dans un matériau, devait nous permettre de valider ou invalider certains résultats de la théorie de Hertz.
Nous nous sommes d'abord intéressés à quelques notions de mécanique des milieux continus, en particulier la notion de tenseur des contraintes qui
modélisent les actions mécaniques au sein d'un solide déformable. Puis nous avons complété ces connaissances par une étude de la
photoélasticimétrie. Forts de ces quelques notions nous sommes entrés en contact, avec M.Borza, professeur et chercheur à l'INSA de Rouen, qui
nous a ouvert l'accès à un banc pédagogique de photoélasticimétrie. Le cas particulier du disque en compression est une parfaite illustration du
contact cylindre/plan abordé par la théorie de Hertz. Nous avons tenté de le modéliser avec Solidworks grâce à l’application cosmosXpress,
cependant la version de ce logiciel que nous avions à disposition n’a pas permis un maillage assez précis du problème et rend inexploitable les
résultats numériques. Nous nous sommes donc concentrés vers une exploitation directe de nos résultats en effectuant des mesures sur des photos
prises lors de l’expérience de photoélasticimétrie . Bien que la précision de nos mesures soit limitée par nos moyens (à la règle et au zoom) les
résultats et la théorie s’accordent bien. Nous avons pu mesurer la contrainte de Tresca au niveau du contact et encore une fois la théorie se révèle
très correcte, malgré des écarts notoires avec les hypothèses faites par hertz.
Nous avons donc compris que l’approche expérimentale reste incontournable pour valider une théorie. Si elle donne des résultats en accord avec
l’expérience et si l’on est proche des hypothèses de validité, l’expérience devient alors inutile. C’est pour l’industriel un gain de temps et d’argent.
Dans le cas où l’on s’écarte trop des hypothèses de validité, là l’expérience reste le seul moyen fiable de valider une conception.
J’adopterai lors de mon exposé oral le plan suivant :
Introduction
a) présentation et problématique
b) expérience
I Principe de la photoélasticimétrie
a) isoclines
b) isochromes
II Contact de Hertz
a) contact cylindre élastique-cylindre rigide
b) contact cylindre élastique-plan rigide
c) contrainte de Tresca
Conclusion
Bibliographie :
- Encyclopédie de l'analyse des contraintes
- cours d'élasticité, IUT du Mans, département génie mécanique et productique
- cours de mécanique du contact, CNAM
- cours de mécanique, IUT de Lyon, département génie mécanique et productique
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : OMONT Bertrand
Sujet : Etude et exploitation d'une jauge de contrainte.
Etude et exploitation des jauges de contrainte
Introduction :
Les industriels cherchent de plus en plus à réduire leurs coûts de fabrication. Ils se servent de capteurs pour vérifier que leur chaîne de
production est réglée de façon optimale. Par exemple pour vérifier que leurs produits ont le bon poids, ils utilisent des jauges de déformation.
Dans ce travail, notre objectif a été de comprendre le fonctionnement d’une jauge de contrainte, et comment elle est mise en oeuvre pour
obtenir une information exploitable. La première idée était de réaliser une balance électronique élémentaire. Ceci nous a permi par la suite de
mettre en évidence quelques performances que nous pouvions attendre des jauges de contrainte, et de chercher ce qui pourrait les améliorer.
Démarche :
Nous avons d’abord visité une entreprise de conditionnement du café qui possédait une chaîne d’empaquetage. Notre intérêt s’est porté sur
la balance électronique qui mesure le poids des paquets rapidement et très précisément. N’ayant pas accès à cette balance pour faire des
expériences, nous avons décidé de faire nous-mêmes une balance électronique expérimentale.
Il a donc fallu créer un système expérimental avec une jauge de contrainte. C'est-à-dire, coller les jauges sur un corps d'épreuve, faire les
soudures puis faire un montage avec un pont de Wheatstone. Nous avons été confrontés à de nombreux problèmes pratiques (soudures qui se
décollent, problèmes de montages électriques…). Cependant, bien que notre système soit fragile, il est utilisable et donne des valeurs cohérentes
avec la théorie.
Ce système expérimental nous a permis de mettre en évidence le principe d’une balance électronique. Bien que très souvent utilisé en
statique, nous avons pu constater que ce type de montage peu aussi donner des résultats satisfaisants en dynamique.
Plan :
I) Présentation du système
II) Fonctionnement statique
III) Fonctionnement dynamique
Conclusion :
J’ai pu voir comment mettre en oeuvre une jauge de contrainte. Mais au-delà de ça, je me suis rendu compte que la réalisation pose de
nombreux problèmes. Il a donc fallu chercher à améliorer les performances du système, notamment la sensibilité et la fidélité. Malgré nos efforts,
le système reste peu fiable, ce qui nous montre qu'il y a un long effort de développement avant de créé quelque chose utilisable industriellement.
Sources :
Avril, Jean, "Encyclopédie d'analyse des contraintes", Publié par Micromesures, 1984.
Frédéric, Laroche, "promenades mathématiques", Publié par ellipses.
P. Fleury, J.-P. Mathieu, "Physique générale et expérimentale", Eyrolles, 1961.
Site internet de l'ESPCI : http://www.pmmh.espci.fr/fr/Enseignement/Archives/
Site internet de l’université du mans : http://www.univ-lemans.fr/
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : PATRY Guillaume
Sujet : modélisation du système d'asservissement du machine thermique
Asservissement d'une chaîne de production de dichlore gazeux.
Présentation :
L'optimisation du rendement étant une des priorités du monde industriel, l'asservissement des systèmes apparaît comme une bonne solution. De
plus, l'asservissement doit être précédé d'une démarche visant à sélectionner les informations et les paramètres pertinents pour la régulation du
système.
Dans ce tipe je m'intéresserai donc à l'asservissement en pression de la cuve d'une chaîne de production de dichlore gazeux pour tenter
d'améliorer son rendement. Pour cela nous avons essayé d'adopter une démarche industrielle.
Démarche :
Dans le cadre de ce tipe nous avons pris contact avec Monsieur Julien , responsable de la production afin de comprendre le système et de cerner
les problèmes rencontrés et lesquels sont les plus importants Ensuite nous avons essayé, en faisant le choix des variables qui nous paraissaient les
plus pertinentes, de définir un asservissement du système puis de le modéliser.
Ma présentation s'articulera donc de la manière suivante :
I)Analyse du problème :
Dans cette première partie je présenterais le fonctionnement du système et les différents problèmes actuels que nous essaierons de résoudre.
II)Solution envisagée :
Cette partie expliquera le choix des paramètres réglables de l'asservissement qui permettent de respecter les normes de sécurité et d'assurer un bon
fonctionnement du système.
III)Modélisation de l'asservissement :
Enfin j'essayerai de schématiser l'asservissement sous forme de schéma blocs et je présenterai le fonctionnement permettant en cas de défaillance
de l'asservissement (problème de capteurs ou autres) d'assurer le respect des normes de sécurité.
Conclusion :
Ce tipe m'a permis au travers des discussions avec nos contacts et de notre démarche d'appréhender un peu mieux le monde de l'entreprise et le
travail que l'on peut demander aux ingénieurs : cerner des problèmes et proposer des solutions.
Bibliographie :
wikipedia
divers schémas de l'installation
Oxford handbook of chemistry
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : SOGNI Paul
Sujet : La régulation d'un évaporateur industriel
Dans un environnement économique toujours plus concurrentiel il est important de maximiser le rendement des systèmes que nous utilisons et de
limiter les gaspillages pour s'inscrire dans le développement durable.
Je me suis donc intéressé, dans le cadre de ce TIPE, à l'étude d'un évaporateur situé dans l'usine Albemarle de Port de Bouc près de Marseille,
spécialisée dans la fabrication de produits chimiques. La rencontre de Mr Julien, ingénieur dans cette usine, m'a aidé à comprendre le
fonctionnement de cette unité de production qui évapore le dichlore liquide en dichlore gazeux puis le stocke en vue d'une consommation.
Cependant ce processus ne se fait pas sans contrainte. En effet, pour des raisons de sécurité, le dichlore gazeux doit être stocké dans une cuve à
une pression fixée autour de 7 bars. En dessous, le dichlore se liquéfie et au dessus il y a des risques pour le consommateur. Malgré cela les
manipulations relatives à l'évaporateur et au conditionnement du gaz se font actuellement à la main et sachant qu'il n'y a qu'un opérateur pour
plusieurs unités de production ces conditions de sécurité ne sont pas toujours faciles à respecter. Mr Julien m'ayant dit qu'il y avait des coupures de
production dues à des différences de pression trop importantes dans la cuve et le thème de l'année étant l'information, cela m'a conduit à chercher
un moyen d'automatiser le système afin que la pression de stockage du dichlore soit en permanence connue et maintenue constante.
Tout au long de l'année ma démarche a donc été la suivante. Après avoir pris connaissance du système et de son mode de fonctionnement, j'ai
recensé les paramètres physiques qui pouvaient influencer son rendement. Il m'est alors apparu clairement qu'il fallait asservir la pression de
dichlore et agir sur le débit à envoyer dans l'évaporateur. J'ai donc ensuite cherché à modéliser les différents phénomènes par le calcul pour
finalement proposer une solution dont j'ai discuté de la faisabilité avec le service instrumentation de l'usine.
Plan
I)Présentation du système
1)Présentation générale de l'entreprise
2)Schémas de l'unité de production étudiée et explication du fonctionnement du système
3)Explication des problèmes rencontrés par l'usine
II)Solution proposée
1)Evaluation des méthodes pour améliorer le système
2)Mise en oeuvre des calculs
3)Solution technique retenue
III)Viabilité du nouveau système
1)Chiffrage du coût d'installation
2)Conclusion
Bibliographie
Sites Internet :-www.wikipédia.fr
-www.businesspme.com
Documents :-hand book de chimie, CRC press, editor Robert C.Weast
-plans et données sur l'unité de production
Contacts :-Mr Julien, ingénieur à l'usine Albemarle de Port de Bouc
-Services automatisme et instrumentation de l'usine