La modélisation numérique- Collège- Technologie - Maxicours

La modélisation numérique

Objectifs
• Créer une représentation numérique ;
• Rechercher et sélectionner un élément dans une bibliothèque de constituants pour les intégrer dans une maquette numérique.

On a vu que les logiciels de modélisation numérique permettent de modéliser une maquette virtuelle afin de visualiser l’objet avant de le fabriquer. Ils permettent aussi d’étudier les mouvements de tous les éléments d’un objet les uns par rapport aux autres et de rectifier les erreurs éventuelles.
Comment peut-on assembler ses différents éléments et comprendre leurs mouvements dans l’espace ?
1. La modélisation numérique
a. Rappel
La modélisation numérique est une représentation virtuelle d’un objet technique ou d’un espace. La modélisation se fait grâce à un logiciel de modélisation numérique appelé modeleur numérique. On peut aussi utiliser des logiciels de CAO (conception assistée par ordinateur.)
La modélisation numérique permet de représenter un objet technique dans un espace en 3 dimensions.

Afin de modéliser une maquette numérique, il faudra :
• choisir un plan ;
• dessiner une esquisse* avec une figure géométrique simple ;
• coter* l’esquisse ;
• extruder* des formes 2D (2 dimensions) en forme 3D (3 dimensions) ;
• apporter les modifications nécessaires afin d’obtenir la forme voulue.
b. Vocabulaire
Esquisse
Une esquisse est un dessin en deux dimensions qui va servir de modèle de base afin de créer un volume. Une esquisse peut être un carré, un rectangle, un cercle, etc.

Extruder
Extruder, c'est représenter en 3 dimensions l'esquisse qui a été dessinée sur un plan. L'esquisse d'un carré, une fois extrudée, peut devenir un cube. Un cercle devient un cylindre, etc.

Enlèvement de matière
L'enlèvement de matière consiste à retirer de la matière d'une représentation 3D (Réaliser des trous ou créer une profondeur sur une surface, etc.)

Cotation
Une cotation, c'est donner une cote à une esquisse, c'est à dire dimensionner l’esquisse. Les cotations sont toujours données en dimensions réelles et l’unité utilisée est généralement le millimètre (mm).
2. Bibliothèque de composants logiciels d'une modélisation 3D
a. Les composants logiciels d'un modeleur numérique
Dans un logiciel de modélisation 3D, un composant logiciel est un élément déjà réalisé destiné à être réutilisé dans le logiciel.
Exemple : Intégrer un store dans la modélisation numérique d'une maison.

Les composants logiciels sont intégrés dans une bibliothèque logiciel*.

b. La bibliothèque logicielle (ou banque d’images 3D)
Une bibliothèque logicielle est donc un programme informatique qui contient un ensemble de composants logiciels. Elle propose une liste de composants pouvant être intégrés dans une maquette virtuelle c'est-à-dire une modélisation 3D
Exemple : Bibliothèque logicielle de « chaises de bar » :
Ces composants sont déjà réalisés. Il faudra juste les importer dans notre maquette virtuelle.

3. L'assemblage
L’assemblage est un procédé qui consiste à assembler différents composants réalisés grâce à un modeleur numérique. On obtient donc une maquette numérique réalisée grâce à un assemblage de composants juxtaposés (mise en position des composants les uns par rapport aux autres).

Exemple : Pour réaliser la pièce du schéma 1, il a fallu assembler plusieurs composants (schéma 2)


Pour des réalisations complexes et un résultat se rapprochant au plus près de la réalité, la mise en position des composants les uns par rapport aux autres peut être définie par un ensemble de contraintes d'assemblage à respecter. Ces contraintes sont appelées contraintes mécaniques et il en existe différents types :

Les différentes contraintes mécaniques qui peuvent exister sont :

• Contrainte coïncidente : cette contrainte permet de faire coïncider, de coller, de fixer des objets (surfaces, arêtes, point...) entre eux ;

• Contrainte parallèle ou perpendiculaire : cette contrainte impose que les objets sélectionnés seront parallèles ou perpendiculaires ;

• Contrainte tangente : cette contrainte s'utilise entre une face cylindrique et un plan, pour qu’ils soient tangents ;

• Contrainte coaxiale : cette contrainte permet d’imposer à deux cercles ou faces cylindriques le même centre : ils seront concentriques ;

• Contrainte blocage : les objets sélectionnés soumis à une contrainte blocage sont liés, ils ne pourront plus être déplacés ;

• Contrainte distance et contrainte angle : cette contrainte permet de spécifier une distance ou un angle entre deux objets sélectionnés ;

• Contrainte symétrie : les objets sélectionnés seront symétriques par rapport à un plan choisi.

4. Exemple d'application - assemblage de deux composants logiciel : un écrou et une vis
- Pour que la vis soit à l’intérieur de l’écrou on utilise une contrainte coaxiale entre la surface cylindrique de la vis et celle de l’écrou ;

- Afin d’éviter que l’écrou tourne sur lui-même on ajoute une contrainte parallèle entre la surface de l’écrou et la tête de vis ;

- On peut imposer une distance entre la tête de vis et l’écrou grâce à la contrainte distance.


Afin de réaliser une vis à l’intérieur d’un écrou à l’aide d’un logiciel de modélisation numérique, on a effectué un assemblage de deux composants logiciels (la vis et l’écrou). Pour les assembler il a fallu rajouter une contrainte coaxiale pour que le cylindre de la vis et l’écrou aient le même centre, une contrainte parallèle afin d’éviter que l’écrou tourne sur lui-même et une contrainte distance pour fixer l’écrou à une certaine distance de la tête de vis.

L'essentiel
• La modélisation numérique est une représentation virtuelle d’un objet technique. Elle se fait grâce à un logiciel de modélisation numérique appelé modeleur numérique ou d’un logiciel de CAO.

• Un composant logiciel est un élément destiné à être incorporé en tant que pièce détachée dans une modélisation 3D. Ce composant a été réalisé au préalable afin d'être réutilisé dans le logiciel.

• Une bibliothèque logicielle est un programme informatique qui contient un ensemble de composants logiciels.

• L’assemblage est un procédé qui consiste à assembler différents composants réalisés grâce à modeleur numérique. Il existe différents types de liaisons pour assembler les composants, appelées contraintes mécaniques.

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