Durée : 2h30, documents personnels autorisés. Les documents sont tirés de l'épreuve d'informatique - automatique de l'agrégation de mécanique 1985
C'est un oscillateur mécanique constitué de deux masses (possédant une symétrie axiale) et reliées suivant cet axe par une raideur k (l'éprouvette). Les éprouvettes sont en divers polymères .Le schéma de principe, issu du dessin d'ensemble (annexe 1), peut être résumé comme suit :
Les liaisons mécaniques conduisent au blocage de tous les degrés de liberté, à l'exception du déplacement des masses M1 et M2 suivant l'axe de symétrie. Dans ces conditions, l'échantillon à tester est soumis alternativement soit à de la traction pure, soit à de la compression pure, et ce à des fréquences élevées (quelques centaines de Hertz).
Afin d'automatiser une suite de nombreux tests, la machine a été équipée d'un manipulateur permettant d'effectuer le changement d'éprouvette. On en trouve une représentation simplifiée en annexe 2.
La machine de fatigue proprement dite est schématisée en trois éléments :
La liaison entre les têtes de l'éprouvette et les masses est réalisée par deux pinces à serrage hydraulique S1 et S2
Le manipulateur quand à lui est constitué de quatre vérins (V3, V4, V5 et V6), d'une pince P et de deux détecteurs de présence D1 et D2, tous les mouvements se faisant dans le plan (Ox,Oy). La goulotte d'approvisionnement en éprouvettes G se situe (suivant Oz) exactement à la hauteur de l'axe des pinces de serrage de la machine d'essais.
On dispose de capteurs de fin de course pour tous les vérins, et vous pourrez disposer tout capteur qui vous semble utile.
V1, V3, V4, V5 et V6 sont initialement rentrés, V2 est sorti. Lors d'une demande de changement d'éprouvette, V3 est tourné suivant Oy, S2 est lâché, E2 et E3 sont déplacés à droite. V3 sort, serre l'éprouvette, puis V5 sort pour dégager la pièce de S1. Puis V3 rentre. Si seule la partie gauche de la pièce est présente (l'essai l'a cassée en deux), il ne faudra pas oublier d'aller chercher l'autre partie (encore dans S2). L'échantillon (ou uniquement sa partie gauche) est amené en Z1 (V4 sorti, V5 rentré), zone au dessus de laquelle on peut lâcher la pièce venant d'être testée. S'il reste une demi éprouvette en S2, il faut maintenant la chercher (on peut la prendre quand V4 et V5 sont sortis, puis on rentre V5 pour la dégager de S2), et la déposer dans Z1. Ensuite, on cherche une pièce neuve en Z2 (V4 et V5 sortis), on rentre d'abord V4, on sort V3, on introduit la pièce dans S1 en entrant V5, on serre S1 et on dégage la pince, puis on ramène E2 et E3 avant de serrer S2.
Question 1 : Faites le Grafcet du cycle de changement d'éprouvette. Vous devez minimiser le temps de cycle, en tentant d'effectuer des opérations simultanées quand c'est possible. De plus, vous vous efforcerez, si une même suite d'actions est à effectuer plus d'une fois, de réutiliser la même séquence d'étapes.
Les pièces doivent être testées en grande quantité, dans diverses ambiances (en particulier à diverses températures, voire même à température variable en cours d'essai dans quelques cas). On désire récupérer les données des essais dans un fichier informatique, de manière à pouvoir les traiter facilement.
Question 2 : Quel(s) matériel(s) proposeriez-vous d'utiliser pour commander ce système (et pourquoi) ? Vous pouvez faire toute supposition (sensée), voire proposer différentes alternatives.
D) Base de connaissances matériaux
Nous désirons assister le technicien de laboratoire qui a la charge de réaliser les essais. Pour cela, nous allons réaliser en PROLOG une base de connaissances sur les matériaux à tester. Les matériaux sont définis par leur nom, et pour chacun d'eux on connaît, entre autres :
Question 3a : quels sont les prédicats et comment écrirait-on les clauses pour définir un matériau ?
Question 3b : écrivez une (ou plusieurs) règle qui permette de vérifier, en donnant un matériau et une température, si l'on peut bien faire l'essai (c'est à dire si la température est dans la plage).
Question 3c : que faut il faire pour que le système nous donne tous les matériaux pouvant être testés à la température que propose le technicien ?
Question 3d : en donnant deux matériaux, peut-on faire déterminer par le système la plage commune de températures admissibles ? (si oui, comment)
Question 3e : peut-on demander au système de nous trouver la température (ou la plage) où le maximum de matériaux peuvent être testés ? (si oui, comment)
les figures sont tirées du sujet d'agrégation de mécanique 1985
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Patrick TRAU, ULP - IPST juin 2001