Cours CAO Chapitre1 2 2 [PDF]

Zitiervorschau

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CONCEPTION ASSISTEE PAR ORDINATEUR (CAO) COMPUTER AIDED DESIGN (CAD)

PLAN DU CHAPITRE 1 2

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• Définition de la CAO

• Avantages de la CAO • Les objectifs de la CAO

• Les applications de la CAO • Architecture d’un système CAO

Introduction à la CAO 3

Définition de la CAO l’ensemble des outils et matériel informatiques permettant d’aider le La CAO est ………………………………………………… La validation des solutions de conception La proposition et la………………… concepteur dans la ……………… Coût Delai Qualité …………- …… pour un meilleur triplet ………Coût Courbe expérimentale

Phases de la conception CDCF

…

Solution Préparation à Technique la fabrication

Introduction à la CAO 4

Définition de la CAO La Conception Assistée par Ordinateur (CAO) comprend l'ensemble des logiciels et des Concevoir Simulation virtuelle (simuler) à l'aide d'un techniques permettant de …………… ,………………………… Validation (réaliser des ordinateur et des techniques de simulation numérique et de ……………… produits manufacturés ainsi que les outils pour les fabriquer ,prototype).

Introduction à la CAO 5

Avantages de la CAO La CAO permet de :

optimiser les performances d’un système,

automatiser la fabrication (FAO),

construire des modèles numériques fidèles à la réalité,

minimiser le temps de conception,

automatiser la mise en plan (DAO),

faciliter les modifications apportées à un concept,

Tout cela permet de minimiser les $$$$$$$...

minimiser les essais expérimentaux coûteux,

Introduction à la CAO Les objectifs de la CAO

Simuler Manipuler

Avec comme contraintes

Calculer Fabriquer

Des problèmes de plus en plus complexes Mieux

Concevoir Plus vite

Qualité Efficacité rentabilité

Introduction à la CAO 7

Les objectifs de la CAO

La CAO conduit à: • Supprimer les informations papier – esquisses – plans classiques – documents divers • Diminuer le rôle du modèle réduit (argile, bois, plâtre) – augmenter au maximum la part de simulation virtuelle – mais pas supprimer le modèle réel : indispensable à ce jour • L'expérimentation n’est pas encore morte – calibrage et contrôle indispensable – aspect psychologique

Introduction à la CAO 8

Les objectifs de la CAO La modélisation géométrique implique 1. La construction de formes élémentaires 2. L’assemblage de formes élémentaires – pour créer des objets de plus en plus complexes 3. Des manipulations géométriques pour représenter, modifier, analyser – processus « élémentaires » (transformations géométriques, calcul, ...)

La modélisation géométrique implique aussi de savoir reconstruire des objets à partir de numérisation d’objets 1. 2.

« Anciens » existant sans modèle Modélisés et fabriqués pour le domaines médicale(orthèse, prothèse….

On parle – d’ingénierie inverse (reverse engineering)

Introduction à la CAO 9

Les applications de la CAO •Modélisation de pièces •Calcul des propriétés physiques (inertie, masse, encombrement, centre de gravité...)

•Visualisation de la pièce en 3D •Assemblage des composantes

•Détection d’erreurs de conception (Interférence de matière, trous désaxés...) •Mise en plan (DAO)

Introduction à la CAO 10

Les applications de la CAO •Fabrication (FAO)

•Machines à commande numérique (chemins d’outils)

•Analyses par éléments finis

Architecture d’un système CAO 11

Architecture d’un système CAO De fonctionnalités arrangées dans …………… Une forme ❑Un système de CAO est un ensemble …………………… modulaire. Chaque module est dédié à une tâche bien spécifique. L’ensemble de ces outils permettent au concepteur la mise en place d’un modèle CAO complet.

Architecture d’un système CAO 12

Architecture d’un système CAO

Architecture d’un système CAO 13

Architecture d’un système CAO Interface opérateur CAO

Le modeleur géométrique

L’interfaçage avec d’autres logiciels ou système CAO

Post-traitement:

Architecture d’un système CAO 14

Architecture d’un système CAO Interface opérateur CAO

d’élément (bureau, icones, menus, visualisation, commandes…) ……………….......... Qui permettent à ……………….......... ❑C’est L’ensemble L’utilisateur l’interagit avec le système ………………..........

Architecture d’un système CAO 15

Architecture d’un système CAO

Le modeleur géométrique Le noyau du logiciel Un ensemble de donnée ❑C’est ……………….......... . Il représente …………………………….. CAO mathematique caractériser une forme dans l’espace.

qui nous permettent de

Architecture d’un système CAO 16

Architecture d’un système CAO Le modeleur géométrique

Modèles de représentation géométrique les plus courants Modélisation Géométrique

Modélisation filaire

Modélisation surfacique

Modélisation Volumique

Par arbre de construction CSG Dans le plan 2D

A variation locale Par les frontières B-Rep

Dans l’espace 3D

A variation globale Par balayage

Par décomposition cellulaire

Architecture d’un système CAO 17

Architecture d’un système CAO Post-traitement L’ensemble des ❑ C’est ……………….......... permettant l’exploitation directe des résultats d’un logiciels CAO. opérations

On cite par exemple la mise en plan des pièces conçues ainsi que le dessin d’ensemble du produit et la simulation virtuelle de l’ensemble.

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Architecture d’un système CAO 18

Architecture d’un système CAO Exemple des modeleurs géométriques commerciaux •ACIS , Spatial Corp. • PARASOLID, UGS Si on travaille sur le même modeleur géométrique: •Pas de conversion de représentation •Pas de perte ou de dégradation des informations Si on travaille sur des modeleurs propriétaires

• Les représentations CAO doivent être converties • les formats standards: IGES, STEP, DXF… 18

Architecture d’un système CAO Architecture d’un système CAO L’interfaçage avec d’autres logiciels ou système CAO

Nous trouvons essentiellement les formats d’exportation des fichiers (STEP, STL, IGES…). SolidWorks

Format d’échange

CATIA

ABAQUS

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Usage de la CAO dans le cycle de vie des produits mécaniques

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Simulation du désassemblage, Classification des matériaux

1. Etude du marché

9. Démantèlement en fin de vie

SW, Catia, Topsolid,…

2. Rédaction du CDCF

8.Commercialisation

Simulation Assemblage Animation , détection de collision

SW, Catia, Topsolid, 3Dmax…

3. Analyse fonctionnelle

4. Recherche des solutions technologiques

7. Contrôle, assemblage & emballage

6. Préparation Simulation FAO de la fabrication SW, Catia, TopCastor, Cosmos, Ansys, Abaqus, Adams, …

5. Recherche des solutions Modélisation Techniques géométrique

Simulation EF, animation, prototypage rapide, RV

Modélisation géométrique

SW, Catia, Topsolid,… 20

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Chapitre II CAO: Les modeleurs

PLAN DU CHAPITRE 2 22

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2 3 4 5

• Modeleurs géométriques

• Modeleur Filaire 2D • Modeleur Filaire 3D • Modeleur Surfacique • Modeleur Volumique

Le modeleur géométrique 23

Cinq grandes familles de modeleurs existent ; ils sont cités dans un ordre croissant de richesse, et dans l’ordre historique d’apparition : — modeleurs filaires 2D ; — modeleurs filaires 3D ; — modeleurs surfaciques ; — modeleurs volumiques ; — modeleurs sous contraintes.

Le modeleur géométrique

Ces modeleurs comportent des caractéristiques communes. -La définition des formes: réalisée progressivement par création d’éléments de construction intermédiaires.

Text Text

-Les transformations géométriques: (translation, rotation, homothétie, symétrie) appliquées à un seul élément ou à un groupe permet de le déplacer avec ou sans duplication. -Les calques: Calques ou couches (lagers) Les systèmes de CAO intègrent tous la notion de travail par ………………………….. 24

Le modeleur géométrique: Modeleur filaire2D

Modeleur filaire 2D: Celui-ci apparut avec les débuts de la CAO dans les années 60 et a consisté essentiellement à être une planche à dessin.

Les éléments géométriques de base sont: les points (tableaux de x, y), les droites, les segments, les cercles, les arcs les courbes complexes du type polynôme, Bézier, NURBS…

B-Spline,

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Le modeleur géométrique: Modeleur filaire3D Modeleur filaire 3D: Un ensemble de lignes et de

❑Mode de représentation le plus simple où la géométrie est définie par ……………………représentant courbes Les arêtes et les sections …………………… …..(les solides sont modélisés par un ensemble de droites, de cercles, de demi-cercles). de l’objet Inconvénients : – Représentation ambiguë – Pas de lignes cachées – Calcul de propriétés mécaniques impossible – les faces sont mal définies – la matière de l’objet ne peut pas être localisée – impossible de montrer une vue isométrique

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Le modeleur géométrique : Modeleur surfacique

Modeleur Surfacique: représentés par les Leur enveloppes ❑ les solides Sont ……………………qui constituent ………………...Le modèle surfacique permet de définir une forme surfaces par …………………………... Un ensemble de surface .

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Le modeleur géométrique : Modeleur surfacique

Modeleur Surfacique: ❑Les avantages : – description exacte de l'enveloppe de la pièce ; – usinage en commande numérique ; – visualisation de la pièce par l'utilisation de techniques de rendu réaliste. ❑Les inconvénients peuvent se résumer d'une façon générale à : – demande une grande expertise dans la modélisation surfacique. – modification difficile. – difficulté de localiser la matière.

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique

Modeleur Volumique: ❑Solide par occupation spatiale un solide est défini par ………………………….(voxels) ayant généralement une taille fixe . Elle vise à remplir la matière par des petits cubes localisés le plus souvent par les coordonnées d'un point 3D

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique

Modeleur Volumique: Ses limites Aspect homogène 3D ❑Le solide se caractérise par son ………………………, …………….(le solide occupe un espace fini) Son frontières et…………………………………………. qui définissent un intérieur et un extérieur au volume.

Définir le matériau générer des plans 2D avec hachurages automatiques détection d’interpénétration de pièces

Calcul de masse Centre de masse

calcul de structures 30

Le modeleur géométrique: Modeleur volumique

Modeleur Volumique: Solide CSG La modélisation C.S.G (Constructive Solid Geometry): les solides sont le résultat D’une séquence d’opérations booléennes Un ensemble de solide élémentaire …………………………………………….appliquées à …………………………….., ( union ,intersection ou soustraction) appelé……………………(cylindres, sphères, solides de révolution, solides issus d'extrusion, ...). Cette séquence Primitive de construction est appelée arbre C.S.G

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique

Modeleur Volumique: Solide CSG

Avantages: + Permettre la construction des solides de façon simple tout en garantissant la cohérence du résultat. + Facilitée de validation rapide des configurations géométriques (mise en place de surfaces fonctionnelles, tests d'encombrement,...).

Inconvénients: -

Difficultés de calcul des propriétés géométriques et physiques d’un objet complexe. Difficultés pour effectuer certaines conversions (arbre CSG vers le modèle de représentation par les frontières par exemple). 32

Le modeleur géométrique: Modeleur volumique

Modeleur Volumique: B-REP (Boundary Representation) :Modélisation par les frontières Description Son frontieres ✓permet de définir un solide à partir des surfaces qui constituent …………….

✓Décrit les frontières du solide comme un assemblage ……………………………… De faces orientés formant une surface fermée. ✓Chaque face est constituée de surfaces limitées par des contours à leur tour Des sommets bornés par ……………………….. 33

Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Modeleur Volumique: B-REP (Boundary Representation) Une représentation par les frontières comprend deux types d'information bien différenciées: ▪Géométrie ▪Topologie Topologie Exemple simple d'information topologique: Cette structure est appelée la topologie.

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Modeleur Volumique: Représentation par les frontières (B.Rep.) Géométrie ❖ Point

Entité de dimension 0 Les coordonnées (x, y, z) de chaque point de la représentation ❖ Courbe Entité de dimension 1 L'équation de chaque courbe (Droite, Cercle, Courbe complexe, …) ❖ Surface Entité de dimension 2 L'équation de chaque surface (Plan, Cylindre, Cône, Sphère, Tore)

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Modeleur Volumique: Représentation par les frontières (B.Rep.) Comparaison entre topologiques et géométrie

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Modeleur Volumique: Représentation par les frontières (B.Rep.) 1. Indépendance géométrie – topologie ➢ Une matrice de transformation n'impacte que la géométrie, la topologie demeure inchangée

Exemples: Rotation, translation d’un objet •Les coordonnées des points, les équations des courbes et des surfaces changent •Les relations entre les faces, arêtes, sommets restent inchangées

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique 2.Dépendance géométrie – topologie ➢ Modification des coordonnées d’un point

➢ Modification de l’équation d’un cercle

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique 3. Complémentarité géométrie – topologie Exemple ❑ Pièces A et C : même géométrie ❑ Pièces B et C : Même topologie

4.Suffisance: Géométrie + Topologie ❑ Une représentation géométrique qui contient assez d’information pour distinguer un objet de tous les autres du domaine 39

Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Modeleur Volumique: Représentation par les frontières (B.Rep.)

Règles topologiques But ➢ Permettant d’assurer la fermeture et la cohérence du modèle ; ➢ Automatiquement vérifiées.

1. Les faces ne s’intersectent qu’à leurs arêtes et sommets communs ; 2. Les limites des faces sont des boucles simples ne se recoupant pas ; 3. Les faces forment un ensemble fermé constituant le solide;

Cohérence topologique des modèles… On parle de modèles «manifold» (a) ou «nonmanifold» (b).

Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Modeleur Volumique: Représentation par les frontières (B.Rep.)

Règles topologiques (suite) 4. 5. 6. 7.

Les faces doivent être délimitées par une seule boucle; Chaque arête doit adjoindre deux faces et doit comprendre un sommet à chaque extrémité; Au moins trois arêtes doivent se rencontrer à chaque sommet; Pour les pièces non trouées la règle d ’Euler doit être respectée :

V - E + F = 2 avec

V = Nombre de sommets (vertex) E = Nombre d’arêtes F = Nombre de faces

Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Modeleur Volumique: Représentation par les frontières (B.Rep.)

Règles topologiques (suite) 8.

Pour les solides comprenant des trous et des protubérances, la règle d ’Euler-Poincaré doit être vérifiée :

V - E + F - H + 2P = 2B avec

V = Nombre de sommets (vertex) E = Nombre d’arêtes F = Nombre de faces H = Nombre de boucles intérieures ou trous dans les faces P = Nombre de passages ou trous débouchants B = Nombre de solides distincts

Le modeleur géométrique: Modeleur volumique

Représentation par les frontières (B.Rep.)

Règles topologiques (suite) 2

Exemple (règle Euler-Poincaré ): 1

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique

Modeleur Volumique: Modélisation par caractéristiques La modélisation par caractéristiques est un nouveau concept de modélisation qui vise à enrichir le modèle par des entités paramétrées construites au préalable auxquelles on associe des informations technologique (perçage, rainure de clavette,…). Modélisation hybride

Les modeleurs hybrides sont basées sur un compromis entre l’approche CSG et l’approche B-REP. A chaque opération de conception, le modeleur associe automatiquement le modèle BREP correspondant.

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Le modeleur géométrique: Modeleur volumique Un solide est régulier (manifold) si et seulement si: Il délimite un sous – espace de dimension 3 non ambiguë Pas de point isolé Pas d’arête isolée Pas de face isolée Géométrie des faces semi‐analytiques

Modeleur hybride Traite les représentations non manifold Pièce non mécanique Plus de souplesse durant la création des modèles Représentations temporaires en construction surfacique 45