FEM-06. SIMULATION PAR ÉLÉMENTS FINIS EN INGÉNIERIE

ICEMM – EXCELLENCE EN SIMULATION

La méthode des éléments finis est une technique numérique qui permet la résolution approximative d’équations différentielles appliquées à des problèmes complexes dans l’industrie, principalement dans le domaine de l’analyse structurelle et de la mécanique, bien qu’elle soit également appliquée à l’analyse des fluides, à l’acoustique, à l’électromagnétisme, …

Dans le domaine des structures, la simulation par éléments finis est appliquée à la fois à des problèmes simples tels que l’analyse statique linéaire, et à des problèmes beaucoup plus complexes impliquant un comportement complexe des matériaux (plasticité, rupture, ductilité, …), des interactions (contacts), de grands déplacements, une réponse dynamique linéaire ou non linéaire, des impacts à grande vitesse, … le tout appliqué à pratiquement tous les secteurs industriels : espace et aéronautique, naval, automobile, énergie, développement d’équipements, …

QUE RECHERCHONS-NOUS LORSQUE NOUS EFFECTUONS UNE SIMULATION PAR ÉLÉMENTS FINIS ?

Les objectifs des simulations par éléments finis en ingénierie structurelle et mécanique sont principalement définis par les exigences du projet. Voici quelques-uns des cas les plus courants :

  1. Essais de résistance statique : ce cas est probablement le plus répandu. Nous utilisons des simulations par éléments finis pour obtenir les valeurs des déplacements de la structure et, à partir de là, les valeurs des contraintes et des déformations dans la structure pour les conditions de chargement définies par le projet ou par les réglementations applicables. Ce type de modèles d’éléments finis sont généralement des modèles linéaires pour les comportements simples ou non linéaires pour les comportements plus complexes dans lesquels nous voulons inclure la plasticité, le contact ou d’autres non-linéarités. Ces modèles FEM sont toujours construits du point de vue de la sécurité, même si cela implique certains écarts par rapport au comportement réel de la structure.
  2. Essais de fatigue : ce type de problème peut être abordé selon deux approches différentes. Une première approche, où l’on utilise un modèle “grossier” d’éléments finis de la structure sans beaucoup de détails, mais qui représente correctement la transmission des forces et la rigidité de la structure, et une seconde approche où l’on représente en détail la géométrie de la zone étudiée. L’approche avec le modèle “grossier” nous permettra d’obtenir les contraintes en champ lointain et, en utilisant les facteurs de concentration des contraintes, d’obtenir les contraintes maximales (facteurs de concentration des contraintes de Peterson). L’approche du modèle détaillé nous permet d’obtenir les contraintes maximales directement à partir du modèle des éléments finis. Avec ces valeurs de contraintes maximales, nous procédons à l’analyse de fatigue en utilisant les courbes S-N ou E-N selon le cas. Dans certaines circonstances, généralement dans les problèmes de fatigue multiaxiale, il est nécessaire d’évaluer des critères de fatigue plus complexes, nécessitant l’utilisation d’outils spécifiques tels que fe-safe.
  3. Essai de rupture : ce type de simulation par éléments finis est réalisé lorsque la géométrie ou les charges ne permettent pas d’analyser la structure par des méthodes traditionnelles ou analytiques. Les techniques les plus courantes sont XFEM et VCCT.Essai de rupture : ce type de simulation par éléments finis est réalisé lorsque la géométrie ou les charges ne permettent pas d’analyser la structure par des méthodes traditionnelles ou analytiques. Les techniques les plus courantes sont XFEM et VCCT.
  4. Calcul des vibrations ou de la réponse dynamique : pour ce type de problème, nous réalisons des simulations par éléments finis à l’aide de modèles FEM qui représentent fidèlement la rigidité et la masse de la structure, ce qui nous permet de calculer les fréquences propres et les modes de vibration de la structure. Cela nous permet de déterminer la réponse dynamique de la structure aux contraintes dynamiques causées par les moteurs, les véhicules, les tremblements de terre, le vent, etc.
  5. Analyse d’impact : la résolution des problèmes d’impact à haute et moyenne vitesse nécessite des techniques de simulation par éléments finis et ne peut être traitée par des techniques analytiques. Il s’agit de simulations complexes et exigeantes en termes de calcul, impliquant des phénomènes de contact, des dommages matériels, …
  6. Corrélation des essais : dans ces cas, la simulation par éléments finis vise à obtenir un résultat aussi proche que possible de l’essai. Il s’agit de modèles très détaillés et au comportement complexe afin de représenter correctement le comportement de la structure.Corrélation des essais : dans ces cas, la simulation par éléments finis vise à obtenir un résultat aussi proche que possible de l’essai. Il s’agit de modèles très détaillés et au comportement complexe afin de représenter correctement le comportement de la structure.
  7. Simulation de processus : pour prévoir les défauts, les contraintes résiduelles et d’autres problèmes dans des processus tels que le moulage par injection de plastique ou l’emboutissage de métaux. Ces types de modèles à éléments finis sont très complexes en termes de définition du comportement des matériaux et de modélisation du processus de fabrication.
  8. Simulation en biomécanique : les projets biomécaniques ont deux objectifs différents : d’une part, vérifier que les dispositifs médicaux ou les prothèses résistent aux charges d’utilisation, ce cas étant similaire aux essais statiques et de fatigue indiqués ci-dessus, ou réaliser la simulation par éléments finis du comportement de la matière vivante, qu’il s’agisse de tissus durs comme les os ou de tissus mous comme les organes ou les muscles. Dans ce dernier cas, l’utilisation d’un modèle constitutif approprié est essentielle pour obtenir des résultats corrects ou aussi proches que possible de la réalité.
  9. Analyse thermique : le calcul des problèmes de transfert de chaleur à l’aide de codes d’éléments finis structurels constitue une alternative à l’utilisation de solveurs CFD complexes. Son application principale est lorsque le mécanisme de transfert de chaleur est principalement par conduction, et que le transfert de chaleur par convection est bien défini et ne nécessite pas la résolution du comportement du fluide. Il convient de noter que le transfert de chaleur par rayonnement peut également être évalué à l’aide de cette technique. Généralement, le problème thermique et mécanique est étudié de manière découplée, mais il peut y avoir des cas où il est nécessaire de les coupler et de résoudre les deux problèmes en même temps (par exemple, dans l’analyse du fluage des structures soumises à des traitements thermiques pour le calcul des contraintes résiduelles).

ICEMM, UNE PROPOSITION DE VALEUR

À l’ICEMM, nous réalisons des simulations par éléments finis depuis 20 ans dans différents secteurs industriels, principalement dans.. :

  • Aéronautique – Structure primaire en matériaux métalliques et composites – Analyses statiques, dynamiques, de fatigue et de tolérance à la rupture ou à l’endommagement, linéaires et non linéaires
  • Ferroviaire – Analyse dynamique et de fatigue des équipements embarqués – Calcul des essieux ferroviaires (normes européennes et américaines, AAR)
  • Naval – Analyse statique et de fatigue – Analyse de crash selon MIL-STD-810 et MIL-DTL-901E (experts en simulation de crash test avec des véhicules légers, moyens et DSSM)
  • Vent – Analyse statique et de fatigue
  • Solaire – Analyse statique
  • Biomécanique – Simulation en odontologie – Implantologie – Comportement osseux
  • Automobile – Analyse statique
  • Génie civil – Analyse statique, fatigue et dynamique
  • Structures hydrauliques – Analyse statique, de fatigue et dynamique

Notre approche est centrée sur le client et les besoins spécifiques du projet ou du développement, où nous appliquons notre expérience et nos capacités techniques pour aider à fournir un produit plus sûr et de meilleure qualité avec l’aide de la simulation par éléments finis.

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