DOCUMENT D’INTRODUCTION AU LOGICIEL ADAMS5. Lancez la création d’un tableau de points A. Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur la 2e icône (Création de

DOCUMENT D’INTRODUCTION AU LOGICIEL ADAMS

1er Exercice ADAMS – Mouvement d’une particule en 2D

Préparé par: Dominique Thuot

Supervisé par: Z. Liu, H. Champliaud et E. David

Département de génie mécanique

École de technologie supérieure

Projet supporté par le programme PSIRE-Enseignement de l’ÉTS

19 janvier 2009

Département de génie mécanique - MEC-222

2

1er Exercice ADAMS – Mouvement d’une particule en 2D

Énoncé :

Questions :

1. Modélisez le problème et répondez aux questions a) et b) de l’énoncé 11.101 (voir 1ière Partie)

2. Ajoutez le sol et donnez un coefficient de restitution de 0.6. Quelle hauteur maximale atteint

le ballon lors du premier rebond? (voir 2e Partie)

3. Ajoutez la résistance de l’air et vérifiez si le ballon passe par dessus le filet. Si ce n’est pas

le cas, trouvez l’angle minimal qui permet le passage du ballon (voir 3e Partie)


3

1ière Partie : Création et simulation d’un projectile en 2D à l’aide du logiciel ADAMS Vidéo disponible : ADAMS_ex11_101.wmv

Lien : à venir…

Étapes à suivre :

1. Ouvrez Adams-View (Démarrer Programmes Mécanique MSC.Software MD

R2 Adams Aview Adams – View)

A. Choisissez : Create a new model B. Renommez Model name: _________ (ex : ex11_101)

C. Gravity : Earth Normal (Global Y) (par défaut)

D. Choisissez : MKS (m,kg,N)

A

B

C

D

ex11_101


4

2. Spécifiez le répertoire de travail : File Select Directory _______ (ex : D:\ etudiant)

3. Définissez la grille de travail : Settings Working Grid

Size : X = 20, Y = 20, Spacing : X = 1, Y = 1 Cliquez Ok

4. Redimensionnez et déplacez l’espace de travail pour voir la grille de travail

A. Pour redimensionner l’espace de travail (zoom out) : Z, tenez ensuite le bouton de

gauche et déplacez la souris vers le haut/bas.

B. Pour déplacer l’espace de travail (translate) : T, tenez ensuite le bouton de gauche

et déplacez la souris dans une direction.

Z,

Zoom out

T,

Translation

A

B


5

5. Lancez la création d’un tableau de points

A. Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur la 2e icône (Création de

géométrie) soit sur (icône par défaut), puis cliquez à gauche sur (Construction geometry : Point)

B. Les options de la création des points s’affichent, cliquez sur : Point Table

C. Cliquez (3) fois sur Create et entrez les coordonnées :

X Y Z

Point 1 0 2.1 0

Point 2 9 0 0

Point 3 9 2.43 0

D. Cliquez Ok

A

B

C

D


6

6. Création du ballon de volleyball :

A. Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur Création de géométrie, puis

cliquez à gauche sur (Rigid body : Sphere)

B. New part et cochez « Radius » et laissez le rayon à (5 cm) C. Déplacez votre souris sur le point 1, un cercle apparaît autour du point pour

montrer que le curseur est bien « accroché » (voir l’aide à la fin du document), puis

cliquez à gauche pour créer la sphère

D. Cliquez à droite sur la sphère, un menu déroulant s’ouvre : Part :PART_2 et

cliquez sur Rename : « .ex11_101.ballon »

A

B

C

D


7

7. Création du filet :

A. Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur Création de géométrie, puis

cliquez à gauche sur (Rigid body : Link)

B. New part cochez « Width » laissez la largeur à (4.0 cm) et cliquez ensuite sur

les points 2 et 3. Le filet est maintenant créé.

C. Fixez le filet au sol : Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur la 5e icône

(Joints) soit sur (icône par défaut), puis cliquez à gauche sur

D. Fixed joint Construction : 1 location, Normal to Grid

E. Cliquez ensuite à gauche sur le centre du filet (PART_3.cm)

A

B

C

D

E


8

8. Fixez les conditions initiales du ballon :

A. Cliquez à droite sur le ballon, le menu déroulant s’ouvre : Part :ballon cliquez

sur Modify

B. Changez la catégorie à : Velocity Initial Conditions

C. Rentrez les vitesses initiales du ballon selon les axes x et y: L’énoncé spécifie une

vitesse de 13.4m/s à un angle de 20° par rapport au sol.

A

B


9

9. Simulation et attribution de variables aux résultats

A. Dans la boîte à outils principale, cliquez sur (Interactive Simulations Controls)

B. Modifiez les paramètres de simulation tels qu’illustrés (Durée : 1.5s et Steps :500)

C. Cliquez sur (Start or Continue Simulation) : Le ballon semble passer au-

dessus du filet. Pour rejouer l’animation, appuyez d’abord sur et ensuite sur

. Pour connaître les positions exactes du ballon, nous allons enregistrer les

positions dans des variables afin de tracer le graphe y(x).

D. Cliquez à droite sur le ballon, le menu déroulant s’ouvre : Part :ballon cliquez sur

Measure, un menu s’ouvre :

E. Renommez : Measure name : « .ex11_101.ballon_position_x »

F. Choisissez Characteristic :CM position (position du centroïde) Component : x

G. Cliquez Apply

H. Renommez : Measure name : « .ex11_101.ballon_position_y »

I. Choisissez Characteristic :CM position (position du centroïde) Component : y

J. Cliquez Ok

x

A

B

C

D

E

F

H

I

G J


10

10. Traçage du graphe de position du ballon y(x)

A. Dans la boîte à outils principale, cliquez sur (Plotting). Une nouvelle fenêtre

s’ouvre.

B. Choisissez : Measure dans le menu déroulant Source

C. Cliquez sur : ballon_position_y

D. Spécifiez le type de l’axe indépendant : Cliquez sur Data, une fenêtre s’ouvre

E. Cliquez sur : ballon_position_x Ok

F. Pour afficher le graphique, cliquez sur : Add Curves

G. Le graphique de la position de la balle en « y » en fonction de « x » est maintenant

créé.

A

B

C

D

E

F


11

11. Traçage du graphe de position du ballon y(x)

A. Afin de pouvoir lire les coordonnées des points du graphique cliquez sur : (Plot

Tracking)

B. Pour répondre à la question a) du #11.101 : Positionnez votre curseur sur la

courbe pour connaître la hauteur « y » du ballon à 9 mètres Réponse : À 9

mètres, le ballon à une hauteur de 2.87m, le ballon passe au-dessus du filet

C. Pour répondre à la question b) du #11.101 : Positionnez votre curseur sur la

courbe dans la région où y=0 Réponse : Le ballon touche le sol à une distance

d’environ 16 mètres (Précision : Nous avons considéré le ballon comme une

particule, c’est plutôt la position du centroïde du ballon qui est à 16m lorsque y=0,

le ballon touche réellement le sol à y=rballon)

A.

A

B

B

C


12

12. Retour à l’environnement de modélisation et sauvegarde du fichier

A. Pour retourner à l’environnement de modélisation, cliquez sur

B. Pour sauvegarder votre modèle, cliquez sur File Save Database

(raccourci : Ctrl+S)

Fin de la 1ière partie!

A B


13

2e Partie : Modélisation du sol et du coefficient de restitution

Étapes à suivre :

13. Si Adams n’est pas ouvert, ouvrez-le en choisissant le modèle que vous avez créé à la

1ière Partie de ce tp.

A. Ouvrez Adams-View (Démarrer Programmes Mécanique MSC.Software

MD R2 Adams Aview Adams – View)

B. Choisissez : Open an existing database Ouvrez ex11_101.bin

Rappel:

La touche : « F » permet aussi de recadrer sur le modèle

Les touches : SHIFT+F : Vue de face

Z,

Zoom out

T,

Translation


14

14. Modélisation du sol

A. Cliquez sur View Coordinate windows (raccourci F4). Une fenêtre s’ouvre.

Cette fenêtre permet de connaître la position de votre curseur sur le plan de travail.

B. Zoomez un peu vers l’arrière afin d’agrandir le plan de travail, assurez-vous qu’en

regardant la fenêtre des coordonnées que vous pouvez vous déplacer jusqu’à 25m

en x.

C. Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur la 2e icône (Création de

géométrie), puis cliquez à gauche sur (Rigid body : box)

D. Choisissez : On Ground

E. Cliquez ensuite sur la coordonnée (0,0,0) et sur la coordonnée (24,-1,0). Cette

boîte représentera le sol.

A B

D

E

E


15

15. Attribution des propriétés physiques du ballon

A. Nous allons maintenant donner des propriétés physiques au ballon. Selon les

normes de la fédération officielle de volleyball : « La circonférence doit être

comprise entre 65 et 67 cm et son poids entre 260 et 280 g. »

Prenons Rballon : 10.5 cm et mballon : 270g

Cliquez à droite sur le ballon, le menu déroulant s’ouvre : Part :ballon cliquez

sur Modify B. Changez la catégorie: Define Mass By : User input C. Rentrez les propriétés du ballon mass=0.27 et Ixx=Iyy=Izz=2/5*0.27*0.1052

Note : Inertie d’une sphère = 2/5*m*r2

D. Cliquez Ok E. Pour modifier le rayon du ballon : Cliquez à droite sur le ballon, le menu déroulant

s’ouvre : Part :Ellipsoid… cliquez sur Modify F. Changer les facteurs d’échelle X-Y et Z : par (2*10.5cm) G. Cliquez Ok H.

A B

C C

C

E

F

F

F

G


16

16. Attribution du coefficient de restitution entre le ballon et le sol

A. Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur la 11e icône (Force), puis

cliquez à gauche sur (Contact). Une fenêtre s’ouvre.

B. Cliquez à droite dans la boîte « I Solid » : Contact Solid Pick et cliquez dur le

ballon. ELLIPSOID_x apparaît dans la boîte.

C. Cliquez à droite dans la boîte « J Solid » : Contact Solid Pick et cliquez dur la

boîte. BOX_x apparaît.

D. Modifiez le menu déroulant « Normal Force » par : Restitution

E. Donnez un coefficient de restitution de 0.6

F. Ok

A

B

C

D

E

F


17

17. Simulation et traçage du graphe



C. Cliquez sur (Start or Continue Simulation) : Le ballon passe le filet et effectue

un bond sur le sol.

D. Grâce aux variables de position créées dans la 1ière Section, il est maintenant très

simple de retracer le nouveau graphe de la position y du centroïde du ballon en

fonction de la position en x. (voir étape 10)

E. Utilisez le : (Plot Tracking) (voir étapes 11) pour répondre à la question 2

18. Retour à l’environnement de modélisation et sauvegarde du fichier

C. Pour retourner à l’environnement de modélisation, cliquez sur

D. Pour sauvegarder votre modèle, cliquez sur File Save Database

(raccourci : Ctrl+S)

Fin de la 2e partie!


18

3e Partie: Considération de la friction de l’air

Notion d’aérodynamique :

La traînée est la force de résistance qu'exerce un fluide sur un objet lorsque le fluide ou l'objet

sont en mouvement l'un par rapport à l'autre. Cette force est parallèle et opposée à la

trajectoire de l’objet.

L’équation de la traînée (D) est:

Où DC = le coefficient de traînée

ρ = la masse volumique du milieu

V = la vitesse de l’objet

A= la surface frontale

Dans notre situation, l’air exerce une force de résistance sur le ballon.

Le coefficient de traînée d’une sphère se situe entre 0,07 et 0,5. Un coefficient de 0,07 serait

pour une sphère extrêmement lisse, un ballon de volleyball se rapproche davantage d’un

coefficient de 0,5. Prenons DC =0,45.

La masse volumique de l’air à 25°C est de 1,184

La surface frontale : A=2

ballonR⋅π


19

Étapes à suivre :

19. Enregistrez la vitesse du ballon sous forme de variable (Vx et Vy).

A. Cette étape va nous permettre de stocker la vitesse du ballon, afin de pouvoir

calculer et appliquer la force de traînée. La procédure est la même que celle

utilisée à l’étape 9. Cliquez à droite sur le ballon, le menu déroulant s’ouvre :

Part :ballon cliquez sur Measure, un menu s’ouvre :

B. Renommez : Measure name : « .ex11_101.ballon_vx »

C. Choisissez Characteristic : CM Velocity (vitesse du centroïde) Component : x

D. Cliquez Apply

E. Renommez : Measure name : « .ex11_101.ballon_ vy»

F. Choisissez Characteristic : CM Velocity (vitesse du centroïde) Component : y

G. Cliquez Ok

A

B

C

D

E

F

G


20

20. Ajout de la force de traînée dû à la résistance aérodynamique de l’air (selon x)


cliquez à gauche sur (Applied Force : Force (Single-Component). Une

fenêtre s’ouvre.

B. Run-time Direction : Space Fixed, Construction: Pick Feature, Characteristic:

Custom

C. Cliquez à gauche sur le ballon (Pour choisir le corps sur lequel on désire appliquer

la force)

D. Cliquez à droite sur le ballon et choisissez : ballon.cm, Ok (Pour choisir le point

d’application de la force)

E. Déterminez la direction de la force en approchant le curseur à droite du ballon, et

cliquez à gauche lorsque MARKER_1.X apparaît. Une fenêtre s’ouvre.

F. Entrez l’équation de la traînée selon l’axe x :

(Notes : a) L’exposant s’écrit «**» dans ADAMS. b) Il faut ajoutez un «-», car la

force de résistance s’applique dans la direction opposée à celle du projectile.)

G. Ok

A

B

E

F

G


21

21. Répétez l’étape 20, pour ajouter de la force de traînée dû à la résistance

aérodynamique de l’air (selon y)


cliquez à gauche sur (Applied Force : Force (Single-Component). Une

fenêtre s’ouvre.

B. Run-time Direction : Space Fixed, Construction: Pick Feature, Characteristic:

Custom

C. Cliquez à gauche sur le ballon (Pour choisir le corps sur lequel on désire appliquer

la force)

D. Cliquez à droite sur le ballon et choisissez : ballon.cm, Ok (Pour choisir le point

d’application de la force)

E. Déterminez la direction de la force en approchant le curseur en haut du ballon, et

cliquez à gauche lorsque MARKER_1.Y apparaît. Une fenêtre s’ouvre.

F. Entrez l’équation de la traînée selon l’axe y :

(Note: Lorsqu’on utilise «**» pour calculer un exposant, ADAMS met, par défaut, la variable entre parenthèses (ex : .ex11_101.ballon**2 = (.ex11_101.ballon)2) Afin de garder le signe, il faut utiliser

G. Ok

A

B

D

F

G


22

22. Les composantes de traînées en x et y sont maintenant ajoutées. Il ne reste plus qu’à

simuler le modèle.



C. Cliquez sur (Start or Continue Simulation)

D. Répondez à la question 3 (Au besoin, voir étape 8 pour modifier l’angle initial)


23

23. Il est possible de comparer les vitesses et les trajectoires du ballon, avec et sans

résistance de l’air, en utilisant les étapes suivantes :

A. Après avoir simulé le modèle avec les forces de traînées, cliquez sur

(Plotting). Une nouvelle fenêtre s’ouvre. Appuyez sur « Clear Plot » pour effacer

les graphes déjà affichés.

B. Choisissez : Measure dans le menu déroulant Source

C. Cliquez sur : ballon_position_y

D. Spécifiez le type de l’axe indépendant : Cliquez sur Data, une fenêtre s’ouvre,

Cliquez sur : ballon_position_x Ok

E. Add Curve F. Pour renommer la courbe Dans le menu de gauche : Cliquez sur curve_1

Legend : renommez la courbe : Trajectoire du ballon : avec résistance de l’air

G. Retournez dans l’environnement de modélisation, en cliquant sur

F

F


24

H. et puis, désactivez les forces de traînée en cliquant à droite sur le

ballon Force : SFORCE_1 (De)activate Décochez : Objective Active

I. Désactivez SFORCE_2 (Force de traînée en y)

J. Cliquez sur et ensuite sur (Start or Continue Simulation)

K. Cliquez sur (Plotting), pour retourner dans l’environnement de traçage. Votre

dernier graphe devrait être encore affiché (position du ballon en tenant compte de

la traînée)

L. Choisissez : Measure dans le menu déroulant Source

M. Cliquez sur : ballon_position_y

N. Spécifiez le type de l’axe indépendant : Cliquez sur Data, une fenêtre s’ouvre

Cliquez sur : ballon_position_x Ok

O. Add Curve P. Pour renommer la courbe Dans le menu de gauche : Cliquez sur curve_2

Legend : renommez la courbe : Trajectoire du ballon : sans résistance de l’air

Fin de la 3e partie!


25

Exercices supplémentaires :

24. Refaire l’étape 23 en traçant les vitesses x et y du ballon pour les 2 cas (avec et sans

traînée). Commentez.


26

25. Tracez la force de traînée en Y et la vitesse du ballon en Y sur un même graphe, commentez.

Pour tracer la traînée en Y : Simulez le modèle puis allez dans l’environnement de traçage,

Source : Object Filter : Force Object : SFORCE_2 Characteristic : Element Force

Component Y Add Curve

Pour tracer la vitesse du ballon selon Y : Source : Measure Measure : ballon_vy Add Curve


27

AIDE Accrochage aux objets: Setting Snapping to Objects As you build your model through the graphical interface, Adams/View automatically snaps the object that you are creating to surrounding geometric objects. This can help you quickly align parts or draw objects that touch other objects. To turn off object snapping: As you create an object, press the Ctrl key.

Références

Beer, Ferdinand Pierre, E. Russell Johnston et Elliot R. Eisenberg. 2003. Mécanique pour ingénieurs. Montréal: Chenelière/McGraw-Hill, 1323 p.

Munson, Bruce Roy, Donald F. Young et T. H. Okiishi. 2005. Fundamentals of fluid mechanics.

Hoboken, N.J.: Wiley, xix, 770 p.

Documents

DOCUMENT D’INTRODUCTION AU LOGICIEL ADAMS5. Lancez la création d’un tableau de points A. Dans la boîte à outils principale, cliquez à droite sur la 2e icône (Création de