De l’importance de la raideur en torsion dans la conception de chassis

par P. Lafortune, IDRA Simulation

La raideur en torsion est une composante essentielle dans la conception de chassis. Un chassis "raide" présente plus de torsion de "coin", ce qu’une suspension supporte plus facilement. Cet article présente les résultats obtenus par Idra Simulation avec Code_Aster dans le cadre d’un essai de torsion de chassis.

Pour réaliser cet essai, un modèle simplifié a d’abord été construit à l’aide d’éléments finis de poutre. Le chargement est ensuite appliqué aux points de fixation de la suspension avant tandis que l’arrière de la suspension est encastré. Pour obtenir une répartition réaliste des efforts, les bras (“a-arms”), le kingpin et les ressorts sont modélisés par des éléments de barre.

Figure 1 : Modèle simplifié du chassis avec des éléments de poutre

Ce modèle simplifié est utile pour comparer différentes conceptions mais il peut aussi servir à obtenir des résultats plus précis dans une zone d’intérêt à l’aide d’une technique de zoom structural.
Pour ce faire, les déplacements obtenus par le modèle "poutre” autour de la zone d’intérêt sont introduits comme conditions aux limites dans un nouveau modèle "zoomé”, constitué d’éléments volumiques.

Cette technique s’appuie sur le principe de Saint-Venant : si le chargement est remplacé par un autre dont le torseur d’efforts lui est statiquement équivalent, la distribution du champs de contrainte n’est modifiée que localement, autour de la zone d’application [1].
Ainsi, pour obtenir une estimation plus fine des contraintes dans la partie supérieure de la cage de roulement, on commence par effectuer une coupure au milieu de celle-ci pour relever les déplacements en ces noeuds. Ensuite, on applique ceux-ci au modèle volumique.

Figure 2 : Modèle "poutre” (configuration initiale et déformée) et déformée du modèle volumique

Figure 3 : Contrainte normale dans le modèle "poutre” (obtenue à partir des efforts normaux et des moments de flexion)

Figure 4 : Contrainte équivalente de von Mises dans le modèle volumique)

Comme les éléments de poutre possèdent des degrés de liberté de translation et de rotation, les déplacements du modèle « poutre » ne peuvent pas être utilisés directions dans le modèle volumique. C’est pourquoi, un nœud a été ajouté, au niveau de la coupure, et relié à la partie solide par des éléments infiniment rigides, de telle sorte que les déplacements du modèle « poutre » puissent être appliqués en ce point.

Figure 5 : Éléments rigides utilisés dans le modèle volumique pour appliquer les déplacements du modèle « poutre »)

[1] Mac Donald. Practical Stress Analysis with Finite Element. Glasnevin Publishing, 2011.