Multidiscipline

Advanced solutions to model interaction between multiple disciplines for improved accuracy, product safety and reliability

Simulation numérique multi-disciplines

Simulation numérique intégrée pour plus de précision

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Dans la majorité des entreprises, la simulation numérique constitue une activité cloisonnée au sein d’une équipe ou une discipline technique. Or, les performances, la sécurité et la fiabilité des produits sont en grande partie déterminées par les interactions entre ces disciplines. L’analyse « multi-physique » par les éléments finis permet de tenir compte en partie de ces interactions, mais la base mathématique qui sous-tend les disciplines varie fondamentalement d’une discipline à une autre. La dynamique multi-corps, l’analyse par les éléments finis, et les modèles de système de contrôle/commande, par exemple, sont des domaines qui ne s’appuient pas sur les mêmes bases numériques, d’où la difficulté d’une véritable évaluation systémique.

La simulation numérique multidisciplinaire permet aux applications numériques dans la quasi-totalité des régimes mathématiques de partager des données, permettant une modélisation et une analyse du système complet. Au-delà de la multi-physique, la simulation numérique multidisciplinaire permet d’intégrer l’analyse par éléments finis, les contrôles, la dynamique multi-corps, les différences finies, les équations à forme close, et plus généralement, de combiner les simulations en dépassant le périmètre des différentes disciplines. Les solutions multidisciplinaires (MD) offertes par MSC permettent une analyse interactive des couplages physique: multi-corps/structure, thermomécanique, systèmes et contrôles/commandes, multi-physique, interaction fluide-structure (FSI), enchaînement de ruptures de composites… La robustesse de nos solutions permet aux ingénieurs de résoudre les défis techniques les plus complexes. En fonction du type d’analyse, les ingénieurs peuvent utiliser les solutions MD de deux manières – couplage direct (par application simultanée des différentes physiques au modèle) ou chaînage automatique (passage de différent cas de charge d’une analyse à la suivante).

MSC Software est utilisé pour de nombreux types de simulations numérique multiphysique:
  • Analyse thermique - structure
  • Analyse des perturbations
  • Analyse  thermo-mecanique
  • Couplage acoustique-structurelle
 
  • Analyse de mouvement structurelle
  • Intéraction Fluide-structure
  • Analyse Contrôle systeme
Applications industrielles :
  • Aeronautique & Défense: moteurs d'avion, ailes, radômes, train d'atterrissage, fuselage d'hélicopter, lâmes des rotors d'helicopter.
  • Automobile: systèmes de freinage, moteurs, panneaux de carrosserie, système de contrôle, suspensions.
  • Biens de consommation: articles de sport, emballages, dissipateur de chaleur pour les systèmes électronique, cadre de vélo.
  • Energie: éoliennes, panneaux solaires, structures offshore, canalisations sous-marines
  • Administration et Marchés Publics: Ponts, Barrières de sécurité

 
Interaction Multi-corps/Structure dans un bras inférieur de suspension

 

Modèle modal avec composant flexible intégré
 

L’analyse multi-corps constitue une solution efficace qui permet aux concepteurs de prédire le comportement cinématique  (déplacements, vitesses et accélérations) et dynamique (forces et moments) d’assemblages mécaniques. Les solutions cinématiques bien adaptées à la prédiction globale du comportement d’un système, prennent comme approximation que  que les composants mécaniques sont rigides. Par conséquent, ce type d’analyse ne permet pas de prédire les déformations ou contraintes de chaque composant d’un assemblage.

En revanche, l’analyse par les éléments finis peut tenir compte des caractéristiques matériaux (linéaires et non linéaires) de chaque composant de l’assemblage, et permet d’explorer de manière plus détaillée leur comportement, en prévoyant notamment les contraintes et les risques de rupture. Or, le coût de la modélisation en éléments finis d’un assemblage complet pour prévoir les réponses d’un système peut être prohibitif en raison des importantes ressources de calcul requises, et des temps de calcul plutôt longs.

La solution Multi-corps/Structure intégrée proposée par MSC.Software offre tous les avantages : un modèle cinématique robuste et simple, avec une sélection de composants flexibles. Notre solution multi-corps/structure a été réalisée à partir des deux solveurs au cœur de notre offre : Adams et Nastran. Nastran est le leader mondial des logiciels d’analyse par les éléments finis. En intégrant ces deux technologies dans un même environnement utilisateur, MSC.Software apporte une efficacité et une précision inégalées à la solution multidisciplinaire de problèmes d’interaction des 2 domaines multi-corps et structures.

Antenne parabolique avec système de commande intégré


Optimisation des dimensions et performances d’une pompe hydraulique
 

Dans la conception d’un système mécanique tel qu’une suspension d’automobile, un train d’atterrissage d’avion ou un chariot élévateur, il est indispensable de comprendre les interactions entre les différents composants (pneus, hydraulique, électronique…) et les forces (bruits, vibrations…) générées par ces composants en opération. Malheureusement, encore aujourd’hui, on consacre beaucoup de temps et d’énergie aux essais sur des prototypes physiques sans explorer d’autres hypothèses afin d’optimiser les performances de systèmes complets.

Il est possible d’utiliser Adams/Mechatronics pour intégrer directement des systèmes de contrôle/commande à des modèles mécaniques en reliant dynamiquement à Adams une bibliothèque système externe dont la source est une application telle que EASY5 ou MATLAB. Cette intégration facilite les études de systèmes complets tels que les interactions complexes entre un véhicule et le système de commande. Il est possible d’ajuster rapidement ces systèmes afin de les évaluer et de les inclure dans des études pour les optimiser en parallèle avec le système mécanique.

Analyse couplée thermomécanique (frottement) du crissement de freins


Effets thermomécaniques du soudage
 

Pour assurer la qualité et le fonctionnement à long terme de nombreux produits industriels il est important de comprendre l’impact des changements thermiques et des réponses mécaniques. Selon l’ampleur des changements thermiques et les matériaux impliqués, les changements de température peuvent provoquer un gauchissement et des conséquences indésirables. Par exemple, le frottement, tel qu’il est appliqué dans les systèmes de freinage, génère de la chaleur dans certaines zones de la structure du disque, et ces changements peuvent entraîner une déformation, source de nuisances sonores.

Les solutions thermomécaniques proposées par MSC dans MD Nastran permettent aux ingénieurs de simuler les interactions et les effets des conditions mécaniques et thermiques, avec un seul et même logiciel.

Méthode particulaire (Smooth particle hydrodynamics)


Solution d’aquaplaning à l’aide de MD Nastran

Test de chute d’une poche de sang
 

L'objectif de la modélisation des fluides dans une analyse mécanique est de prendre en compte l'influence des pressions exercées par les fluides sur la structure et d’améliorer la prédiction des réponses mécaniques. Les structures sont généralement modélisées en utilisant un modèle lagrangien où le matériau est lié au maillage par éléments finis. En revanche, les fluides sont modélisés en utilisant un modèle eulérien, pour lequel le matériau est indépendant du maillage. Les deux schémas lagrangien et eulérien sont nécessaires en raison du comportement différent des structures et des fluides.

Lorsque les fluides et les structures doivent être modélisés en une seule analyse, l'enjeu réside dans l'exécution de ces différents modèles en un seul calcul. Ceci est accompli grâce à un algorithme de couplage automatique, où deux maillages - un pour la structure et l'autre pour les fluides, coexistent. Une surface de couplage est créée entre ces deux domaines. Cette surface agit comme une limite à l'écoulement de la matière en maillage eulérien, tout en permettant le transfert des contraintes au maillage structurel lagrangien, l'amenant à se déformer.

Avec des possibilités qui incluent fluides, gaz, et explosions en plus des matériaux fortement non linéaires, MD Nastran, le logiciel MSC.Software permet aux ingénieurs de relever ces défis avec un outil unique. Nos solutions permettent de simuler des modèles complexes tels que les airbags, le ballottement de réservoirs de carburant, l'aquaplaning, les explosions sous-marines, le remplissage de bouteille, les tests de chute de poches de sang, etc.

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