Terminale STI Génie des Matériaux - Construction

Bac STI – Génie des Matériaux

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Programme Construction

1. Compétitivité des produits industriels

1.1. Typologie des marchés de produits industriels

- nécessité (vis-à-vis du marché, de l’entreprise…) ;

- incidente sur la conception, la production, la distribution, la maintenance.

1.3. Cycle de vie d’un produit

- étapes du cycle, durée ;

- fonctions associées au cycle de vie :

- conception et production, a commercialisation, a utilisations (fonctions techniques et fonctions d’estime),

- maintenance ;

- étude de la fin de vie d’un produit : identification et repérage des matériaux, recyclage, réemploi élimination matériaux biodégradables.

1.4. Composantes de la compétitivité des produits

• l e s coûts

- typologie,

- notion de « Conception pour un coût objectif » ;

• la qualité

- définition, les performances techniques et tes indicateurs de performance (rendement, puissance massique).

- fiabilité (MTBF),

- maintenabilité (MTBR),

- compromis fiabilité – maintenabilité (cas limite : produits jetables),

- coût de la non qualité ;

• disponibilité du produit pour le client

- standardisation et personnalisation des produits,

- normalisation ;

• l’innovation

- les sources de l’innovation,

- les méthodes de l’innovation :

- démarche fonctionnelle :

- besoins, fonctions, contraintes,

- cahier des charges fonctionnel,

- analyse de la répartition des coûts par fonction,

- moyens et outils (notions) ;

• L’analyse fonctionnelle (voir chapitre 2).

 

2. Analyse fonctionnelle des produits industriels

2.1. Identification des fonctions

- milieu environnant’ le produit - notion de frontière ;

- désignation des fonctions : fonction de service et fonction technique.

2.2. Caractérisation et hiérarchisation des fonctions

- critères d’appréciation ;

- contraintes ;

- relation entre fonction de service fonction technique et solutions.

2.3 Analyse fonctionnelle

2.3.1. - Les méthodes d’analyse fonctionnelle :

- blocs fonctionnels - Analyse descendante - Niveau d’analyse (notions) ;

- analyse fonctionnelle d’un produit existant (comment, dans quel but, quand, où…) ;

- méthode intuitive (à quoi set-t le produit, dans quel but existe-t-il) ;

- méthode d’inventaire systématique du milieu extérieur (besoin fondamental, milieu extérieur, fonctions).

2.3.2. - Techniques pratiques d’analyse :

- diagramme cause/effet ;

- diagramme de Paretto ;

- coûts par fonction.

2.4. Cahier des charges fonctionnel d’un produit industrie/ (cf. norme)

- but

- présentation.

3. Les outils de la communication technique

3.1. Outils d’analyse et de description fonctionnelles (cf. chapitre 2)

3.2. Outils d e recherche e t d e représentation des solutions en phase d’avant-projet

- dessin à main levée (croquis, vue à I’échelle, perspective) ;

- schémas (cinématiques et technologiques) : conventions de représentation, bibliothèque de schémas – aides informatiques.

3.3. 0util.s de représentation des solutions en phase d’étude

• dessin de projet assisté par ordinateur et/ou a u crayon et aux instruments

- représentation des formes géométriques simples et de leurs combinaisons sur plusieurs vues,

- vues locales,

- représentation conventionnelle des composants et constituants de liaison, normalisation ;

• nomenclatures et Iégendes
• formes inverses : pièce/moule ; noyaux/broches.

3.4. Outils de représentation des solutions en phase d’exploitation

- dessins éclatés,

- perspectives,

- notices de montage et de maintenance,

- aides informatiques.

3.5. Outil de définition du produit

• dessin de définition du produit

- définition géométrique,

- paramétrage intrinsèque,

- paramétrage de situation,

- nature et définition des surfaces ;

• présentation normalisée des documents (cf. normes)

4. Construction des liaisons mécaniques

4.1. Analyse de la valeur des liaisons

- critères de réalisation;

- procédés économiques, composants standards ;
- réalisés (réduction des variantes dans une famille) ;

- achetés ;

- facilités de montage ;

- critère d’utilisation ;

- critère de durée de vie ;

- critère de maintenabilité.

4.2. Caractère d’une liaison réelle simple entre solides

- cinématique (mobilité, voir tours de mécanique)

- indicateurs de qualité de la liaison.

4.3. Chaînes d e liaisons entre solides

- graphe des liaisons ;

- applications du graphe des liaisons : à la détermination d’une chaîne de cotes (unidirectionnelle) relative à une condition de fonctionnement.

4.4. Liaisons complètes: solutions constructives

- assemblage par éléments filetés : typologie, dimensionnement ;

- assemblage par déformation : frettage, clipsage ;

- assemblage avec élément d’apport (collage, soudage).

4.5. Guidage en rotation et en translation

- typologie des liaisons par composants à éléments roulants (roulements, butées) ;

- liaisons par paliers lisses ;

- conditions de fonctionnement de ces liaisons.

4.6. Etanchéité et protection des liaisons

- étanchéité entre pièces mobiles ou fixes ;

- compromis étanchéité frottement lubrification ;

- applications: joints composites ;

- protections contre l’introduction de corps étrangers.

5. Les matériaux

5.1. Relation produit procédé matériau

5.1.1. - critères de choix d’un matériau et résultant des contraintes fonctionnelles de son procédé d’élaboration - Intégration de fonctions
5.1.2. - évolution des matériaux :

- famille de matériaux : noyau de propriétés et propriétés optionnelles,

- matériaux orientés « procédé » : métalliques: aciers à usinabilité améliorée, plastiques : plastiques techniques pour moulage rapide ou pour estampage,

- matériaux multipropriétés : métalliques : aciers revêtus ou traités, composites,

- matériaux à structure orientée :

- composites structuraux.

5.1.3. - Incidences sur la définition des formes des pièces techniques.

5.1.3.1. - Du matériau :

- contraintes liées aux changements d e phase: solidification, retrait, santé des pièces, défauts types, épaisseurs, alimentations… ;

- notions de rhéologie.

5.1.3.2. - des procédés d’élaboration des produits :

- moulage et formage des matériaux à matrice métallique : formes, épaisseurs, vocabulaire;

- moulage et formage des matériaux à matrice organique (plastiques et élastomères).

- formes et épaisseurs, intégration des fonctions, surmoulage.

- moulage et formage des matériaux à matrice céramique.

5.1.3.3. - Des procédés d’assemblage:

- soudage: typologie, incidente sur la construction des produits.

- collage : typologie, avantages et limite% incidente sur la conception des assemblages ;

- déformation (clipsage) : incidente sur la conception des assemblages avantages et limites.

5.1.3.4. - Esthétique définitive des produits :

- incidente des formes ;

- incidente de l’aspect : nature de la surface (traitements, revêtements…), incidente de la couleur.

Ce chapitre pourra être développé en association avec un professeur d’Arts Appliqués.

5.1.3.5. - Des outillages :

- position de la pièce dans le moule en fonction de l’utilisation de la pièce (ou du produit), les opérations de reprise (usinage, finitions, décorations…), esthétique,

- alimentation, remplissage,

- thermique de l’outillage (évacuation calorifique, régulation…), sortie de la pièce (ou du produit).

- nature et forme de l’empreinte, des profils…

5.3. Etude expérimentale du comportement d’un matériau sous I’effet d’actions mécaniques :

(en liaison étroite avec la partie BZ: « Obtention des Produits » 9 4.2.3.)

5.3.1. - Essais :

a)- essai de traction ;

b)- essai de fatigue en traction et compression alternée, notion de courbe d’endurance et de limite de fatigue ;

c)- essai de dureté (expérimentation) ;

d)- caractéristiques mécaniques principales d’un matériau : nature, ordre de grandeur pour quelques matériaux (acier, fonte, bétons, bois, alliages d’aluminium, textiles, plastiques et composites).

5.3.2. - notions expérimentales de répartition des contraintes dans un solide ;

- photoélasticité - extensométrie ;

- influence des défauts de forme et des actions locales de contact concentration de contraintes).

5.3.3. - détermination assistée par ordinateur des contraintes et déformations

- modélisation des poutres et des actions mécaniques exercées ;

- influente des variations de forme (gorges, congés…) exemples en flexion et en torsion.

5.4. Etude fonctionnelle des outillages

- fonction remplissage alimentation

- fonction mise en forme : empreinte, profil, forme;

- fonction régulation ;

- fonction démoulage et/ou extraction.

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