{"id":14233,"date":"2023-11-20T10:30:23","date_gmt":"2023-11-20T09:30:23","guid":{"rendered":"http:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/?p=14233"},"modified":"2023-11-20T10:37:56","modified_gmt":"2023-11-20T09:37:56","slug":"bending-active-pavilion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/?p=14233","title":{"rendered":"Bending-Active Pavilion"},"content":{"rendered":"

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Il est difficile de cr\u00e9er des formes libres principalement parce que la plupart des machines de fabrication sont destin\u00e9es \u00e0 traiter des stocks de mat\u00e9riaux plats, et que la complexit\u00e9 augmente de fa\u00e7on exponentielle d\u00e8s que l’on passe de la 2D \u00e0 la 3D.<\/p>\n

N\u00e9anmoins, les coques \u00e0 double courbure sont tr\u00e8s attractives pour les ing\u00e9nieurs car elles maximisent la rigidit\u00e9 de la structure sans y ajouter de mat\u00e9riau suppl\u00e9mentaire. C’est la g\u00e9om\u00e9trie qui fait tout le travail. En outre, les logiciels de mod\u00e9lisation facilitent de plus en plus la cr\u00e9ation de formes complexes, et de nouvelles m\u00e9thodes de construction efficaces sont n\u00e9cessaires pour r\u00e9pondre aux conceptions les plus exigeantes.<\/p>\n

Dans cet article, je vais passer en revue le processus de conception et de construction d’un pavillon actif de flexion \u00e0 grande \u00e9chelle. Les structures actives en flexion exploitent la d\u00e9formation importante des mat\u00e9riaux pour obtenir forme et rigidit\u00e9, souvent de mani\u00e8re contre-intuitive mais fascinante.<\/p>\n

\u00c9tape 1 : Cr\u00e9ation de la conception global<\/strong><\/p>\n

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La conception globale peut \u00eatre d\u00e9velopp\u00e9e de diff\u00e9rentes mani\u00e8res et sur diff\u00e9rentes plateformes. Pour ce projet, le concepteur a utilis\u00e9 Fusion 360 et plus particuli\u00e8rement les outils de sculpture. Il a d’abord commenc\u00e9 par une surface loft g\u00e9n\u00e9r\u00e9e avec quatre courbes de rail. Il a ainsi obtenu une premi\u00e8re \u00e9bauche de surface qu’il a \u00a0pu modifier par la suite pour r\u00e9pondre \u00e0 des exigences sp\u00e9cifiques telles que la hauteur et les ouvertures. L’int\u00e9gration des T-splines dans Fusion facilite grandement la modification des surfaces de forme libre et, ainsi il a pu obtenir un bon r\u00e9sultat en utilisant les poign\u00e9es de modification que vous voyez sur l’image.<\/p>\n

Les surfaces \u00e0 double courbure sont notoirement difficiles \u00e0 construire, et la transition entre des zones de courbure diff\u00e9rente (du support droit en forme de d\u00f4me \u00e0 la selle du support gauche) s’av\u00e8re encore plus complexe.<\/p>\n

\u00c9tape 2 : Validation du mod\u00e8le<\/strong><\/p>\n

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Comme cette approche peut \u00eatre appliqu\u00e9e \u00e0 n’importe quelle forme libre, les contraintes de conception ne sont dict\u00e9es que par les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques du mat\u00e9riau utilis\u00e9 pour construire la pi\u00e8ce. Au cours du processus de conception, il est important de garder \u00e0 l’esprit que les mat\u00e9riaux peuvent se briser s’ils sont soumis \u00e0 des contraintes excessives, ce que nous voulons absolument \u00e9viter. Une bonne r\u00e8gle empirique pour v\u00e9rifier si la flexion des pi\u00e8ces d\u00e9passe leur capacit\u00e9 structurelle est r\u00e9sum\u00e9e dans les formules suivantes :<\/p>\n

M = E*I*kappa, o\u00f9 M est le moment de flexion dans la bande, E le module d’\u00e9lasticit\u00e9 du mat\u00e9riau, I le second moment d’inertie de la bande et kappa la courbure.<\/p>\n

Si nous connaissons le moment, nous pouvons facilement calculer la contrainte \u00e0 l’aide de la relation suivante :<\/p>\n

sigma = M\/W, o\u00f9 sigma est la contrainte maximale dans les fibres sup\u00e9rieures ou inf\u00e9rieures de la bande et W est bh^2\/6 pour une section rectangulaire comme dans notre cas, o\u00f9 b est la longueur et h la hauteur de la section.<\/p>\n

Ces formules relient la contrainte r\u00e9sultant de l’action de flexion au rayon de courbure. Vous devez vous assurer que la contrainte sigma dans les zones o\u00f9 la courbure est la plus serr\u00e9e ne d\u00e9passe pas la r\u00e9sistance ultime du mat\u00e9riau. Dans son cas, il a utilis\u00e9 un contreplaqu\u00e9 de bouleau de 3 mm (1\/8″) pour pouvoir obtenir un rayon de courbure tr\u00e8s serr\u00e9, car le contreplaqu\u00e9 est un mat\u00e9riau tr\u00e8s souple qui peut supporter de grandes d\u00e9formations avant de c\u00e9der. Le mod\u00e8le montre clairement que la zone de courbure la plus \u00e9lev\u00e9e est celle o\u00f9 se situe la transition entre la courbure positive et la courbure n\u00e9gative.<\/p>\n

\u00c9tape 3 : G\u00e9n\u00e9ration de maillage<\/strong><\/p>\n

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Cette \u00e9tape condense toute l’essence du projet. En pla\u00e7ant des vides aux bons endroits, nous permettons au mat\u00e9riau de se plier dans diff\u00e9rentes directions, ce qui nous donne la possibilit\u00e9 de couvrir toute la surface du dessin avec nos composants plats. Cela ne serait pas possible si nous utilisions des feuilles enti\u00e8res, car essayer de plier le mat\u00e9riau dans deux directions conduirait automatiquement \u00e0 des concentrations de contraintes tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9es et, en fin de compte, \u00e0 la rupture des pi\u00e8ces.<\/p>\n

\u00c0 partir du mod\u00e8le de surface, nous devons d’abord g\u00e9n\u00e9rer une version de maillage discret. Pour cette \u00e9tape, il a export\u00e9 mon mod\u00e8le Fusion 360 vers IGES et il l’a import\u00e9 dans Rhino o\u00f9 il a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 maill\u00e9.<\/p>\n

Une fois que la topologie du maillage et la taille des \u00e9l\u00e9ments triangulaires sont satisfaisantes (n’oubliez pas que si les \u00e9l\u00e9ments sont trop petits, il sera tr\u00e8s difficile de les plier !), il a g\u00e9n\u00e9r\u00e9 les composants en d\u00e9calant chaque triangle vers l’int\u00e9rieur et en les reconnectant avec des \u00e9l\u00e9ments quadruples. De cette mani\u00e8re, nous obtenons un maillage avec des \u00e9l\u00e9ments mixtes compos\u00e9s de triangles (les pi\u00e8ces centrales) et de quadruples qui s’\u00e9tendent entre les deux. Une fois assembl\u00e9s, les triangles resteront plats, tandis que les quadruples prendront toute la courbure.<\/p>\n

\u00c9tape 4 : Planification de la double couche et de la logique des composants<\/strong><\/p>\n

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Pour pouvoir plier le mat\u00e9riau, les feuilles doivent \u00eatre suffisamment fines. Pour r\u00e9sister aux charges, le mat\u00e9riau doit avoir une certaine \u00e9paisseur. Quelle contradiction ! Pour r\u00e9soudre ce probl\u00e8me, il a d\u00fb pr\u00e9voir une deuxi\u00e8me couche afin d’augmenter la rigidit\u00e9 de la structure une fois install\u00e9e. C’est le m\u00eame principe qu’une poutre en I ou des structures composites pour mieux r\u00e9sister aux charges externes. Les deux couches externes r\u00e9sistent \u00e0 la tension et \u00e0 la compression, et la connexion entre les couches garantit que celles-ci fonctionnent ensemble. La zone de transition entre la courbure synclastique et la courbure anticlastique est le point le plus faible de toute la construction. Il a donc d\u00e9cid\u00e9 d’adopter un d\u00e9calage variable qui augmente dans cette zone et s’amenuise progressivement jusqu’aux points d’appui. De cette mani\u00e8re, nous avons un long bras de levier dans le point faible qui assure une stabilit\u00e9 structurelle suffisante.<\/p>\n

Chaque \u00e9l\u00e9ment est con\u00e7u pour se superposer \u00e0 son voisin afin de pouvoir fixer les vis qui les maintiennent ensemble. L’image montre comment cette logique fonctionne : le rouge est en haut, le vert est au milieu, le bleu est en bas.<\/p>\n

\u00c9tape 5 : Composants d\u00e9coup\u00e9s au laser<\/strong><\/p>\n

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Une fois que les composants ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9roul\u00e9s, ils peuvent \u00eatre imbriqu\u00e9s afin de minimiser le gaspillage de mat\u00e9riau. Pour cette op\u00e9ration, il a utilis\u00e9 Aspire, un logiciel de CNC disponible chez Pier 9 qui int\u00e8gre un<\/p>\n

tr\u00e8s bon algorithme d’imbrication.<\/p>\n

Toutes les informations relatives \u00e0 la num\u00e9rotation, \u00e0 l’orientation et \u00e0 la position des couches des composants doivent \u00eatre grav\u00e9es sur la plaque. Cela permet de minimiser les risques d’erreurs au cours du processus d’assemblage. Plus vous pouvez int\u00e9grer d’informations sur le composant lui-m\u00eame, plus il sera facile d’assembler le tout. Les composants ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9coup\u00e9s sur la d\u00e9coupeuse laser Coherent Metabeam disponible chez Pier 9, car l’enveloppe de d\u00e9coupe atteint 4 pieds x 4 pieds. Cela lui a permis d’utiliser des feuilles plus grandes, r\u00e9duisant ainsi le temps de fabrication et le gaspillage de mat\u00e9riaux. Les feuilles de contreplaqu\u00e9 de 1\/8″ sont extr\u00eamement flexibles et ne sont jamais parfaitement plates. Dans leur \u00e9tat naturel, ces feuilles sont tr\u00e8s ondul\u00e9es, ce qui peut causer des probl\u00e8mes lors de la d\u00e9coupe au laser. Pour \u00e9viter cela, il a ajout\u00e9 des languettes lat\u00e9rales de contreplaqu\u00e9 maintenues en place par des vis \u00e0 t\u00eate cylindrique qui se boulonnent directement dans le profil\u00e9 m\u00e9tallique du Metabeam.<\/p>\n

\u00c9tape 6 : Angles et biseaux\u00a0<\/strong><\/p>\n

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La fa\u00e7on dont il a d\u00e9cid\u00e9 de r\u00e9soudre le probl\u00e8me de la connexion entre les deux couches a \u00e9t\u00e9 de couper ces pi\u00e8ces dans un profil\u00e9 carr\u00e9 en bois de 1 3\/4″ et de les visser directement \u00e0 travers les plaques \u00e0 l’aide de vis \u00e0 bois. Ayant d\u00e9cid\u00e9 de varier la distance entre les couches pour des raisons structurelles, il a fini par avoir des faces non parall\u00e8les sur les connecteurs. Cela a donn\u00e9 lieu \u00e0 un cas de fabrication int\u00e9ressant, car les onglets compos\u00e9s peuvent \u00eatre d\u00e9licats, surtout si vous devez en couper plus de 200.<\/p>\n

Apr\u00e8s avoir rat\u00e9 tout un tas de connecteurs \u00e0 la scie \u00e0 m\u00e9taux parce que il n’avait qu’une feuille de calcul mal \u00e9crite \u00e0 la main, il a d\u00e9cid\u00e9 de s’attaquer \u00e0 ce probl\u00e8me de fa\u00e7on plus m\u00e9thodique. Sur le Metabeam, il a grav\u00e9 toutes les informations sur les angles dont il avait besoin pour les coupes en onglet et en biseau des pi\u00e8ces. De cette mani\u00e8re, il a minimis\u00e9 le risque d’erreur (tout comme avec les informations sur les plaques), et il a r\u00e9ussi \u00e0 obtenir 200 coupes en un temps record de 3 heures. Une fois que vous avez tout \u00e9crit sous le nez, il devient beaucoup plus difficile de se tromper !<\/p>\n

\u00c9tape 7 : Assemblage<\/strong><\/p>\n

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La taille de la pi\u00e8ce a n\u00e9cessit\u00e9 quelques mains suppl\u00e9mentaires pour aligner tous les panneaux et boulonner les pi\u00e8ces ensemble. Lorsque la courbure devient tr\u00e8s importante, l’alignement des trous de vis peut n\u00e9cessiter une force consid\u00e9rable.<\/p>\n

La pi\u00e8ce enti\u00e8re a \u00e9t\u00e9 divis\u00e9e en trois parties, les deux points de pied et la cl\u00e9 de vo\u00fbte centrale. Apr\u00e8s avoir fix\u00e9 le point d’appui gauche au sol, nous avons soulev\u00e9 la cl\u00e9 de vo\u00fbte \u00e0 l’aide du chariot \u00e9l\u00e9vateur et fix\u00e9 les \u00e9l\u00e9ments suspendus ensemble. Nous avons enfin proc\u00e9d\u00e9 \u00e0 l’installation du support droit, et lorsque toutes les pi\u00e8ces ont \u00e9t\u00e9 install\u00e9es, le pavillon tenait debout sur ses propres pieds \ud83d\ude42 L’assemblage de la structure sur le site nous a pris environ 8 heures, depuis l’arriv\u00e9e des pi\u00e8ces sur le site, leur fixation au sol, le transport par chariot \u00e9l\u00e9vateur et la fixation de toutes les pi\u00e8ces ensemble.<\/p>\n

\u00c9tape 8 : Le pavillon<\/strong><\/p>\n

\"\" Le pavillon mesure 5,0 m x 2,8 m (16,4 ft x 9,2 ft) et 3,0 m (10,0 ft) de haut \u00e0 son point le plus \u00e9lev\u00e9. L’ensemble de la structure a \u00e9t\u00e9 enti\u00e8rement d\u00e9coup\u00e9 au laser dans cinquante feuilles de contreplaqu\u00e9 de bouleau de 3 mm (1\/8″) de 1,2 m x 1,2 m et ne p\u00e8se que 160 kg (360 lbs). Le temps de production a \u00e9t\u00e9 r\u00e9duit \u00e0 dix heures de d\u00e9coupe au laser pour les panneaux et trois heures de d\u00e9coupe des entretoises \u00e0 la scie \u00e9go\u00efne + une heure de gravure de donn\u00e9es pour un temps de fabrication total de 14 heures. Pour chaque section du pavillon, il a fallu un jour et trois personnes pour la construire, soit trois jours + un jour d’assemblage sur site = quatre jours d’assemblage.<\/p>\n

La transition en douceur entre la courbure gaussienne positive et n\u00e9gative du pavillon illustre le potentiel de ce syst\u00e8me \u00e0 s’adapter parfaitement \u00e0 des g\u00e9om\u00e9tries complexes. En analysant soigneusement la forme initiale d\u00e8s les premi\u00e8res \u00e9tapes de la conception, le pavillon a pu \u00eatre construit avec succ\u00e8s en exploitant les propri\u00e9t\u00e9s de d\u00e9formation du mat\u00e9riau, tout en conservant une capacit\u00e9 structurelle suffisante pour charger la structure en toute s\u00e9curit\u00e9. Le poids total et la rapidit\u00e9 d’ex\u00e9cution d\u00e9montrent clairement la polyvalence et le potentiel de construction l\u00e9g\u00e8re de ce syst\u00e8me, qui ouvre de nouvelles possibilit\u00e9s pour les installations \u00e0 grande \u00e9chelle.<\/p>\n

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Jacques Andhy Leger, d’apr\u00e8s Autodesk Instructables.<\/p>\n

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  Il est difficile de cr\u00e9er des formes libres principalement parce que la plupart des machines de fabrication sont destin\u00e9es \u00e0 traiter des stocks de mat\u00e9riaux plats, et que la complexit\u00e9 augmente de fa\u00e7on exponentielle d\u00e8s que l’on passe de la 2D \u00e0 la 3D. N\u00e9anmoins, les coques \u00e0 double courbure sont tr\u00e8s attractives pour les ing\u00e9nieurs car elles maximisent la rigidit\u00e9 de la structure sans y ajouter de mat\u00e9riau suppl\u00e9mentaire. C’est la g\u00e9om\u00e9trie qui fait tout le travail. En outre, les logiciels de mod\u00e9lisation facilitent de plus en plus la cr\u00e9ation de formes complexes, et de nouvelles m\u00e9thodes de construction efficaces sont n\u00e9cessaires pour r\u00e9pondre aux conceptions les plus exigeantes. Dans cet article, je vais passer en revue le processus de conception et de construction d’un pavillon actif de flexion \u00e0 grande \u00e9chelle. Les structures actives en flexion exploitent la d\u00e9formation importante des mat\u00e9riaux pour obtenir forme et rigidit\u00e9, souvent de mani\u00e8re contre-intuitive mais fascinante. \u00c9tape 1 : Cr\u00e9ation de la conception global La conception globale peut \u00eatre d\u00e9velopp\u00e9e de diff\u00e9rentes mani\u00e8res et sur diff\u00e9rentes plateformes. Pour ce projet, le concepteur a utilis\u00e9 Fusion 360 et plus particuli\u00e8rement les outils de sculpture. Il a d’abord commenc\u00e9 par une surface […]<\/p>\n","protected":false},"author":714,"featured_media":14274,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[33],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/14233"}],"collection":[{"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/714"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=14233"}],"version-history":[{"count":17,"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/14233\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":14276,"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/14233\/revisions\/14276"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/14274"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=14233"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=14233"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/sapi.paris-lavillette.archi.fr\/CTID924\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=14233"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}