Synthèse documents techniques





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6.1Validation du matériau


Pour enfiler le brassard il faut un matériau déformable et léger. Quelles que soient les conclusions des questions précédentes, pour des raisons de coût et de facilité de mise en œuvre, le matériau finalement choisi appartient à la famille des PEBD, le PE40.

Afin de valider le matériau et la géométrie (notamment l’épaisseur de la coque), un calcul par éléments finis réalisé avec un logiciel de modélisation volumique est mené (voir DT4). On considère un poignet moyen d’une circonférence de 17 cm.

Les conditions aux limites choisies pour cette étude sont les suivantes :

les cinq ilots de la face supérieure sont considérés fixes ;

un déplacement de 24 mm de l’arête extérieure de la coque est imposé (par l’intermédiaire d’un contact avec une pièce intermédiaire simulant le poignet) pour modéliser l’écartement du brassard autour du poignet ;

une surpression de est imposée sur la face intérieure de la coque pour modéliser l’action de la poche gonflable.

Le DT4 présente les résultats de la simulation ainsi qu’une photographie de la coque réelle après plusieurs cycles d’utilisation du tensiomètre où des zones blanchies sont apparues.

Q7.Analyser les résultats de la simulation en traitant les points suivants :

  • comparer la contrainte maximale donnée par la simulation par rapport aux caractéristiques du matériau choisi (voir DT4) et conclure quant à la tenue de la pièce ;

  • expliquer le phénomène observé sur la photographie par rapport aux résultats de la simulation ;

  • proposer d’éventuelles modifications de conception.

Q8.Étude de la phase de gonflage


Objectifs de cette partie :

comprendre le fonctionnement du compresseur ;

valider le choix du compresseur permettant de gonfler la poche dans le temps imparti.
Nous avons vu qu’une surpression de sur l’artère radiale est nécessaire pour couper le flux sanguin et procéder à la mesure de la pression artérielle. Le choix d’un brassard gonflable ayant été effectué, on s’intéresse dans cette partie au compresseur qui permet de gonfler la poche.

Dans cette partie, le numéro des pièces fait référence au DT5.



Figure 8 : compresseur KPM-14A-3A2

Le compresseur KPM-14A-3A2 est le composant qui, à lui seul, réunit les énergies en présence (figure 8).

Le fonctionnement du compresseur est résumé sur la vue synoptique suivante :



Figure 9 : vue synoptique du fonctionnement du compresseur

Une représentation schématique du compresseur est donnée sur le DT5.

représente l’angle entre l’arbre moteur 1 et le bâti dans le plan .

On remarque que les positions extrêmes des deux demi-membranes sont obtenues pour une variation de de 0 à . En un tour, chaque demi-membrane est donc vidée une fois.

Le principe de fonctionnement est le suivant. Les piles fournissent de l’énergie à un moteur électrique. Ce dernier entraîne en rotation un arbre incliné 1 qui engendre un mouvement complexe du plateau 2 (voir DT5). Le mouvement du plateau entraîne un mouvement de va et vient des deux demi-membranes 3a et 3b. Lorsqu’une demi-membrane est étirée (voir DT5), de l’air extérieur, à la pression atmosphérique, est aspiré. Lorsque cette demi-membrane est comprimée, la pression de l’air à l’intérieur augmente. Quand celle-ci atteint le niveau de pression régnant dans la poche, le clapet de refoulement s’ouvre et l’air est transvasé. Le volume dans la poche augmente ainsi, petit à petit, à chaque tour de l’arbre moteur.

Q9.Donner l’expression de l’écrasement de la membrane 3 noté (voir DT5) en fonction des paramètres géométriques du mécanisme. Réaliser l’application numérique.

En première approximation, le volume d’air transvasé par une demi-membrane peut être assimilé à celui d’un cylindre de diamètre et de hauteur .

Q10.Calculer la vitesse de rotation en de l’arbre moteur 1 pour assurer un débit de .

Une modélisation volumique du compresseur a été réalisée afin de calculer le couple moteur nécessaire au déplacement des membranes lorsque celles-ci sont soumises à la pression de l’air.



Figure 10 : définition des efforts F1 et F2 dans un logiciel de simulation

Les efforts et définis figure 10, proviennent de la surpression dans les membranes par rapport à la pression atmosphérique et sont issus de modèles thermodynamiques. Leurs évolutions sont entrées dans le logiciel de simulation. Leur intensité dépend de la pression régnant dans la poche. Dans le cycle considéré pour la simulation, la surpression est de 67600 Pa.

La figure 11 superpose le tracé du couple moteur calculé par le logiciel, à l’évolution de ces efforts et , en fonction de l’angle de rotation du moteur.





F1 (N)
F2 (N)
Figure 11 : évolution de F1, F2 et Cm en fonction de θ (résultat de simulation)

À partir du cycle de fonctionnement du compresseur du DT5, expliquer la présence de trois phases distinctes sur chaque courbe d’effort et distinguer clairement ces trois phases pour la courbe en précisant les domaines angulaires concernés. Connaissant la valeur de la surpression, vérifier la valeur numérique maximale de l’effort.
Q11.À partir des questions précédentes, choisir parmi les moteurs proposés sur le DT6 un moteur adapté à l’application. Justifier le résultat en considérant la vitesse de rotation, le couple et la puissance dans les conditions d’efficacité maximale et de calage du moteur.

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