Apprenez à réduire le poids des composants mécaniques sans sacrifier les performances. Découvrez des stratégies et des outils pour la sélection des matériaux, l’optimisation géométrique, les méthodes de fabrication, les tests, la validation, la rétroaction et l’amélioration.

You can do what the human body does and look at flexure and beef up the places that flex the most. Your product may not yet be instrumented like some bicycle crankshafts, with piezo-electric flexure sensors. But, our bones are naturally piezo-electric, which is why it is important to do weight bearing exercise as we age to maintain bone density. You can, and should do analysis. However, what this lacks is actual field data. You can look at products in the field, those that fail, or before they fail you can inspect them and see where they tend to crack, there are magnetic field leakage detection techniques and CT scans you can use to see what is really going on out there.

The use of topology optimization is an excellent choice to reduce weight without reducing strength. There are specific software capable of showing the regions that do not receive considerable loads so we can remove material. Despite being very effective, it could be costly in terms of parts fabrication, which perhaps would require additive manufacturing due to the final result be an organic-like shape quite difficult to reproduce from CAD using conventional machining processes. Depending on the nature of the application, the material selection could be a drawback since metallic alloys suitable for 3D printing are very expensive and require laser-based devices, so a huge amount of energy is also required.

Comment réduire le poids des composants mécaniques sans sacrifier les performances ?

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La réduction du poids des composants mécaniques est un objectif courant dans la conception technique, en particulier pour les applications qui nécessitent un rendement, une mobilité ou des performances élevés. Cependant, la réduction du poids s’accompagne souvent de compromis, tels qu’une résistance, une rigidité ou une durabilité moindres. Comment pouvez-vous optimiser votre conception mécanique pour obtenir le meilleur équilibre entre poids et performance ? Voici quelques stratégies et outils qui peuvent vous aider.

Points à retenir de cet article

Optimize material choice:

Select materials with high strength-to-weight ratios like aluminum or titanium alloys. This ensures your components remain durable while significantly reducing overall weight.### *Embrace geometric optimization:Use topology optimization software to identify and remove unnecessary material. This technique maintains component strength and functionality while shedding excess weight effectively.

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1 Sélection des matériaux

La première étape pour réduire le poids est de choisir le bon matériau pour votre composant. Différents matériaux ont des propriétés différentes, telles que la densité, le module, la limite d’élasticité, la limite de fatigue et la résistance à la corrosion. Vous devez choisir un matériau qui répond à vos exigences de performance, mais qui a également une faible densité ou une résistance spécifique élevée (Rapport résistance/poids). Par exemple, vous pouvez utiliser des alliages d’aluminium, des alliages de titane ou des composites à la place de l’acier pour certaines applications. Vous pouvez également utiliser différents matériaux pour différentes parties de votre composant, en fonction des contraintes et des conditions de charge.

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2 Optimisation géométrique

La deuxième étape pour réduire le poids est d’optimiser la forme et la taille de votre composant. Vous pouvez utiliser des techniques d’optimisation géométrique pour trouver la configuration optimale qui minimise la masse tout en satisfaisant les contraintes et les objectifs. Par exemple, vous pouvez utiliser l’optimisation topologique pour supprimer les matériaux inutiles de votre composant, tout en conservant la rigidité et la résistance. Vous pouvez également utiliser l’optimisation de la forme pour ajuster la courbure, l’épaisseur ou les dimensions de votre composant, tout en réduisant la concentration des contraintes ou en améliorant l’aérodynamisme. Vous pouvez utiliser des outils logiciels, tels qu’ANSYS, SolidWorks ou MATLAB, pour effectuer une optimisation géométrique.

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Isaac Davenport

Product Development Expert
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You can do what the human body does and look at flexure and beef up the places that flex the most. Your product may not yet be instrumented like some bicycle crankshafts, with piezo-electric flexure sensors. But, our bones are naturally piezo-electric, which is why it is important to do weight bearing exercise as we age to maintain bone density. You can, and should do analysis. However, what this lacks is actual field data. You can look at products in the field, those that fail, or before they fail you can inspect them and see where they tend to crack, there are magnetic field leakage detection techniques and CT scans you can use to see what is really going on out there.

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Alberto J. Cortizo

Product Development Engineer
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The use of topology optimization is an excellent choice to reduce weight without reducing strength. There are specific software capable of showing the regions that do not receive considerable loads so we can remove material. Despite being very effective, it could be costly in terms of parts fabrication, which perhaps would require additive manufacturing due to the final result be an organic-like shape quite difficult to reproduce from CAD using conventional machining processes. Depending on the nature of the application, the material selection could be a drawback since metallic alloys suitable for 3D printing are very expensive and require laser-based devices, so a huge amount of energy is also required.

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3 Méthodes de fabrication

La troisième étape pour réduire le poids consiste à choisir la meilleure méthode de fabrication pour votre composant. Différentes méthodes de fabrication ont des effets différents sur le poids, la qualité et le coût de votre composant. Vous devez choisir une méthode qui vous permet de produire votre composant avec une grande précision, peu de déchets et peu de défauts. Par exemple, vous pouvez utiliser la fabrication additive, comme l’impression 3D, pour créer des structures complexes et légères qui sont difficiles ou impossibles à réaliser avec les méthodes traditionnelles. Vous pouvez également utiliser la fabrication soustractive, telle que l’usinage, pour éliminer l’excès de matière de votre composant, tout en obtenant une surface lisse et précise.

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4 Tests et validation

La quatrième étape pour réduire le poids consiste à tester et à valider votre composant. Vous devez vérifier que votre composant répond aux spécifications de performance, telles que la résistance, la rigidité, la durabilité et la fiabilité. Vous devez également évaluer l’impact de la réduction du poids sur d’autres aspects de votre système, tels que la fonctionnalité, la sécurité et l’efficacité. Vous pouvez utiliser des méthodes d’essai, telles que des essais de traction, de compression, de flexion, de fatigue ou de vibration, pour mesurer les propriétés mécaniques de votre composant. Vous pouvez également utiliser des méthodes de simulation, telles que l’analyse par éléments finis (FEA), mécanique des fluides numérique (CFD), ou dynamique multi-corps (MBD), pour prédire le comportement et les performances de votre composant dans différentes conditions.

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5 Retour d’information et amélioration

La cinquième étape pour réduire le poids consiste à recueillir des commentaires et à apporter des améliorations. Vous devez analyser les résultats de vos tests et de votre validation, et identifier les forces et les faiblesses de votre composant. Vous devez également comparer votre composant avec d’autres alternatives, telles que les produits concurrents ou les solutions existantes. Vous devez utiliser des méthodes de rétroaction et d’amélioration, telles que les plans d’expériences (BICHE), l’analyse de sensibilité, ou l’analyse de Pareto, pour trouver la combinaison optimale de variables de conception qui maximise les performances et minimise le poids. Vous devez également utiliser des méthodes de contrôle et d’assurance de la qualité, telles que le contrôle statistique des processus (SPC), l’analyse des modes de défaillance et de leurs effets (FMEA), ou l’analyse des causes profondes (RCA), pour prévenir ou corriger tout défaut ou erreur de votre composant.

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6 Apprentissage continu

La sixième étape pour perdre du poids est de continuer à apprendre et à mettre à jour vos connaissances et vos compétences. Vous devez vous tenir au courant des dernières tendances et développements en matière d’ingénierie mécanique, tels que les nouveaux matériaux, technologies ou méthodes. Vous devez également vous inspirer des meilleures pratiques et expériences d’autres ingénieurs, telles que des études de cas, des publications ou des cours en ligne. Vous devez utiliser des méthodes d’apprentissage continu, telles que l’auto-évaluation, l’évaluation par les pairs ou le mentorat, pour évaluer vos progrès et vos performances. Vous devez également utiliser des méthodes de perfectionnement professionnel, telles que la certification, l’accréditation ou l’adhésion, pour démontrer votre compétence et votre crédibilité.

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7 Voici ce qu’il faut prendre en compte d’autre

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1 Sélection des matériaux

2 Optimisation géométrique

3 Méthodes de fabrication

4 Tests et validation

5 Retour d’information et amélioration

6 Apprentissage continu

7 Voici ce qu’il faut prendre en compte d’autre

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