Interaction fluide-structure

Couplage ou chainage de la mécanique des structures et de la CFD

L’interaction entre un fluide et une structure est très souvent prise en compte de façon simplifiée par des chargements de pression statiques équivalentes et sont restreintes aux faibles déformations de la structures.

Notre collaboration avec la société OPTIFLUIDES nous permet de répondre avec beaucoup plus de précision et sur une plus large gamme de problèmes avec la prise en compte réaliste de l’interaction fluides-structures ainsi que les aspects dynamiques du phénomène.

• Comportement d’une structure tournante dans un fluide (air, eau, huile, …),
• Mise en résonnance d’une structures dans un fluide,
• Ballotement d’un fluide dans un réservoir,
• Écoulement d’un fluide dans ou autour d’une structure déformable,
• Remplissage d’une structure souple ou rigide,
• Impact sur un réservoir plein,
• ….

Dynamique rapide

Utilisation des solveurs éléments finis de dynamique explicite

Les problèmes de dynamiques sont nombreux dans l’industrie (collision, séisme, impact, crash, explosion, perforations, mécanismes, …). Dans la majorité des cas les phénomènes dynamiques sont simplifiés en un calcul statique équivalent.

La recherche de structures toujours plus performantes, toujours plus légères pousse les fabriquant vers des modélisations plus précises, plus réalistes.

La modélisation dynamique explicite ou implicite permet de lever un grand nombre d’hypothèses imposées par les calculs statiques équivalents pour des modélisations beaucoup plus fidèles au comportement réel de la structure. Ces modélisations jusqu’à présent réservées aux gros projets et aux grands groupes sont dès à présents accessibles aux petites et moyennes entreprises par la baisses des coûts calculs et l’amélioration des logiciels. Ces méthodes n’en demeurent pas moins exigeantes sur l’expertise du calculateur pour une modélisation rigoureuse.

EC2-Modélisation vous propose son expertise ainsi qu’une large gamme d’outils pour vous accompagner dans le développement et l’analyse de vos produits.

Exemples de simulations de dynamique rapide :

Matériaux composites

Simulation numérique par éléments finis des matériaux composites

Les matériaux composites tendent à remplacer les matériaux traditionnels dans l’industrie et le transport. Les constructeurs aéronautiques et automobiles en particulier misent très fortement sur ces nouveaux matériaux qui offrent de très grandes perspectives d’allègement et d’économie d’énergie. La gamme des matériaux disponibles et envisageables est virtuellement infinie : fibres courtes, fibres longues, tissées, fibre carbone, kevlar, matériaux recyclables, ...

EC2-Modélisation en collaboration avec le laboratoire d’essais MECANIUM prend en charge la caractérisation de vos matériaux et l’identification de lois de comportement les mieux adaptées aux calculs de structures.

EC2-Modélisation travaille en parallèle sur des méthodes de caractérisations avancées basées sur la modélisation à l’échelle mésoscopique. Cette méthode éprouvée pour les matériaux cellulaires permet de prédire le comportement de matériaux composites avant essais et avant fabrication et ainsi de pré sélectionner un composite adapté et de réduire les essais.

Pour une plus grande précision dans la modélisation dans les domaines plastiques, de l’endommagement et de la rupture, EC2–Modélisation prend en charge le développement de lois de comportement inédites et bien adaptées à ces nouveaux matériaux.

• Essais
• Caractérisation
• Développement de loi de comportement
• Calculs de structures composites
• Calculs de crash

Exemples de simulations de matériaux composite :

Fatigue et mécanique de l’endommagement

Modélisation numérique par éléments finis de calcul en fatigue-tenue en endurance

Le calcul de la durée de vie des structures par simulation numérique est primordial pour les industriels afin :

• d’orienter la conception de structures,
• de diminuer le nombre de prototypes et d’essais en fatigue,
• d’optimiser le dimensionnement de leurs structures.

C’est pourquoi, la simulation numérique de tenue en endurance doit permettre d’identifier les zones critiques de la structure dans son environnement, et d’évaluer de manière fiable la durée de vie de la structure.

EC2 Modélisation utilise les derniers développements dans le domaine de l’analyse en fatigue en vue d’études industrielles pour calculer de manière fiable la tenue en endurance de structure, sous chargement statique et/ou dynamique. Des logiciels commerciaux et codes internes, basés sur la mécanique de l’endommagement, sont utilisés dans cette optique.

Détermination de nouvelles modélisations éléments finis pour la simulation numérique de liaisons entre pièces d’une structure

Au cours de la dernière décennie, l’intégration de nouveaux matériaux et de nouvelles géométries dans la conception de produits s’est considérablement développée. Les bureaux d’études doivent donc modéliser ces nouvelles structures, sans pouvoir toujours s’assurer de la bonne représentativité de leur modélisation.

EC2 Modélisation a développé des outils numériques afin de modéliser des liaisons entre pièce et d’optimiser ces modélisation, dans le but :

• de mieux reproduire le comportement physique de la structure,
• de correctement estimer les données nécessaires aux calculs en fatigue pour la prédiction de la durée de vie des structures.

Les nouvelles modélisations développées sont intégrables dans les logiciels commerciaux éléments finis.

Détermination de nouveaux modèles de tenue en endurance, critère de durée de vie

Afin de d’identifier de manière plus fiable les zones critiques d’une structure, et d’évaluer la durée de vie de celles-ci, des critères de tenue endurance-modèles de prédiction de durée de vie, sont nécessaires. Néanmoins, les données et modèles disponibles dans la littérature ou les logiciels commerciaux ne sont pas forcément adaptés aux problématiques spécifiques de chaque industriel.

Afin de d’élaborer de nouveaux modèles de prédiction de durée de vie, ou d’améliorer les modèles existants, EC2 modélisation a développé des algorithmes d’apprentissage automatique afin de déterminer de nouvelles lois de prédiction de durée de vie, adaptées aux problématiques des industriels. Ces dernières permettent d’améliorer la corrélation calcul-essai en fatigue et de mieux prédire la durée de vie des structures, avec un calcul en endurance adapté à la problématique de l’industriel. Ces modèles et critères développés sont intégrables dans les logiciels commerciaux utilisés par les industriels.

Simplification du chargement pour les calculs en fatigue

Les chargements que subit une structure au cours de son cycle de vie peuvent être complexes de part :

• la durée du chargement,
• le nombre de points d’entrée du chargement,
• la grande variation du type de chargement au cours du temps.

Afin de simuler numériquement le chargement subi par une structure pour ensuite prédire la tenue en endurance de celle-ci, une simplification-condensation du signal de chargement est parfois nécessaire.

EC2 Modélisation utilise les dernières avancées en matière de simplification d’un signal d’effort afin de réduire de manière importante le nombre de points de discrétisation du signal, tout en garantissant une bonne représentativité du chargement simplifié pour les calculs en endurance. La méthode d’optimisation du chargement utilisée :

• s’adapte à tout type de simulation numérique et critère de durée de vie,
• permet également de traiter les signaux de chargement et d’analyser entre autres, les points critiques du chargement pour la tenue en endurance de la structure.

Images et références :
S. Duraffourg, P. Argoul, E. Vasseur, G. Cumunel
New Spot Weld Fatigue Criteria and Fatigue Data Editing Technique
Procedia Engineering, (2015), pp. 433–453