Etude du comportement des ressorts coniques et ressorts de torsion en vue du développement d’outils de synthèse associés

par Emmanuel Rodriguez

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Marc Sartor et de Manuel Paredes.

Soutenue en 2006

à Toulouse, INSA .

mots clés

• Ressort de torsion
• Ressort conique
• Ressorts -- Propriétés mécaniques
• Design industriel
• Conception technique

Résumé

Cette thèse présente les améliorations apportées aux modèles de comportement des ressorts de compression coniques et ressorts de torsion doubles et simples, qui sont nécessaires au développement des futurs outils de synthèse associés. Les méthodes d’optimisation numériques ont déjà prouvé leur efficacité pour les outils de synthèse consacrés à la conception optimale des ressorts de compression et de traction cylindriques. Le développement de tels outils spécifiques aux ressorts coniques et ressorts de torsion simples et doubles – répondant à des besoins industriels – nécessite l’élaboration de modèles performants permettant des calculs rapides. Premièrement, une expression analytique du comportement non-linéaire du ressort de compression conique à pas constant est présentée. Puis, trois modèles sont proposés pour le ressort de torsion simple. Le premier détermine analytiquement l’angle système initial et une raideur angulaire corrigée en fonction de la flexion des branches, afin d’obtenir le comportement linéaire d’un ressort de torsion simple. Le deuxième modèle affine le premier en modélisant le corps du ressort par un tube incliné dans l’espace. Le troisième modèle détermine la position du ressort déformé sous charge, et permet d’obtenir une loi de comportement discrétisée et non-linéaire de celui-ci. Pour le ressort de torsion double, plusieurs modèles – linéaires et non-linéaires – sont présentés selon le type d’appuis sur la branche commune (pinnule ou plan). Tous les modèles proposés ont fait l’objet de confrontations expérimentales. Des règles pratiques de conception en ont été déduites. Les résultats obtenus permettent de prévoir une intégration à court terme de ces modèles dans des outils de synthèse

Titre traduit

Conical and torsion springs behaviour analysis for synthesis design tools

Résumé

This thesis presents improvements of models for compression conical spring and simple and double torsion springs, needed for corresponding synthesis design tools development. Numerical optimisation methods prove their efficiency for compression and traction springs design tools. The development of such tools for conical and torsion springs needs new models for quick calculations. First, an analytical expression of constant pitch conical spring non-linear behaviour is presented. Second, three models for the simple torsion spring are proposed. The first one determines analytically the initial system angle and a corrected angular rate considering the legs bending, to obtain a linear behaviour of the simple torsion spring. The second model refines the first one modelling the spring body as a tube spatially inclined. The last one evaluates the spring situation deformed under load, leading to a discretized non-linear spring behaviour law. For the double torsion spring, linear and non-linear models are presented, considering the common leg support as a rod or a plan. All the proposed models have been confronted with experimental tests, deducing design rules. The thesis results should shortly lead to integrate the models into synthesis springs design tools