3DExpérience
Présentiel | Distanciel
Dans cet article, nous allons détailler pourquoi les outils de simulation sont devenus indispensables dans une entreprise qui doit être innovante et rester compétitive, mais aussi voir comment les adopter plus facilement, et enfin comprendre les bénéfices que l’on peut en tirer.
I. Pourquoi utiliser la simulation dans le développement de son produit ?
Selon une étude parue en 2020 par la société Techclarity qui est une société indépendante spécialisée dans les nouvelles technologies et donc ils ont publié une étude en 2020 en pleine pandémie de corona virus sur les bienfaits de la valeur ajoutée de la simulation. Cette étude dit que 74% des entreprises*équipent leurs ingénieurs en conception d’outils de simulation.
A. Qu’apporte la simulation à ces ingénieurs ?
- Facilite la prise de décision (sur des choix technologies)
- Améliore la qualité et la performance du produit (car la simulation est complétement intégrée dans le cycle de conception de la pièce donc on va dimensionner la pièce au mieux selon son environnement ce qui va permettre d’améliorer sa qualité).
Les entreprises sont 3,9x plus susceptibles d’avoir recours à une plateforme cloud.
-
Collaboration accrue entre concepteurs et ingénieurs
-
Valeurs ajoutées multiples
B. Pourquoi nous allons utiliser la simulation sur le cloud ?
Vous allez peut-être vous dire “Je suis déjà équipé de SolidWorks Simulation Standard, je n’ai pas besoin d’une autre solution” ou encore “Pourquoi aller sur le Cloud ?”. Si tel est le cas, alors la suite de cet article pourrait vous surprendre. Dans tout développement de produit, le concepteur est parfois confronté à l’un des problèmes suivants :
- Physique plus complexe
Lors de vos conceptions vous avez besoin d’avoir recours à des physiques plus complexes ou simuler/prendre en compte la rupture d’un matériau ou considérer un formage important d’une pièce ou un couplage entre différentes formes physiques (acoustique, mécanique… jusqu’à quel point devez-vous aller loin dans vos simulations).
- Puissance de calcul
Lors de l’utilisation de SolidWorks simulation avez-vous déjà été limité en termes de performance par votre ordinateur ? Avez-vous été pénalisé d’un point de vue utilisation ou ressource machine car le calcul SolidWorks prenait le majeur parti des ressources de votre ordinateur ? Avez-vous déjà passé du temps à attendre que le calcul se finisse ?
- Collaboration
Lorsque vous menez une étude dans SolidWorks, qu’elle soit de CAO ou de calcul, comment partagez-vous vos données avec votre écosystème, vos clients, vos fournisseurs ?Partagez vos fichiers ? Souhaitez-vous envoyer un e-mail ? Bloqué au niveau de la collaboration avec l’écosystème ?
- Flexibilité :
Le besoin d’acheter des licences pour des projets spécifiques à court terme est résolu par des outils associés à une gamme de produits SolidWorks professionnels standard et premium avec un large éventail de capacités et de types d’analyses possibles. SolidWorks est une solution de bureau (desktop).
3DEXPERIENCE WORKS est une gamme de solution Dassault Systèmes de la famille 3DEXPERIENCE disponible sur le Cloud. Comme SolidWorks Simulation est commercialisé sous différentes offres (Standard, Professionnal,Premium).
3DEXPERIENCE se commercialise de la même manière, sauf que ces packages s’appellent des rôles. Le premier rôle « Structural Designer » est destiné aux concepteurs en structures et permet de faire des calculs statiques, thermiques (en régime établi), fréquentiels (rechercher des modes propres), ou faire du flambage, et n’utilise que des éléments de type volume 3D tétraédriques.
Un autre rôle « structural Engineer » va s’ajouter en complément ; il est possible de simuler le comportement des structures en dynamique linéaire (transitoire ou modale), et dispose des éléments comme les poutres et les coques). Un rôle plus avancé qui va permettre les non-linéarités en statique et dynamiques puis avec les matériaux non-linéaires. Le dernier rôle qui surpasse nettement SolidWorks Simulation Premium est « Structural Mechanics Engineer » ; qui en plus de faire toute la partie implicite de la simulation, inclue aussi une partie explicite.
II. Quels sont les bénéfices apportés par la simulation cloud ?
La simulation sur SolidWorks fonctionne très bien dans la majeure partie des cas d’étude (statique linéaire notamment) mais nous allons vous montrer à travers ces trois cas pratiques qu’elle est limitée par rapport à ce que peut proposer3DEXPERIENCE.
Cas 1 : Compression d’un joint en caoutchouc
Il s’agit ici de simuler la compression d’une pièce élastomère. Le caoutchouc est en contact entre deux plaques rigides. On bloque la plaque inférieure et on applique un déplacement vertical de 55 mm pour écraser l’élastomère. Le matériau utilisé est un Mooney Rivlin.
Que se passe-t-il lorsqu’on exécute cette simulation avec SolidWorks Simulation Premium ?
Convergence :
Le problème est que cette simulation ne converge pas jusqu’au bout. C’est une simulation nonlinéaire, et comme toute simulation nonlinéaire, le chargement (un déplacement imposé dans ce cas) est appliqué de manière incrémentale. À la fin de la simulation, la plaque supérieure devrait avoir subi un déplacement total de 55 mm. Si on trace l’effort de réaction en fonction du déplacement imposé, on observe la courbe suivante :
On constate que la courbe ne va pas jusqu’à 55 mm (en abscisse) et s’arrête autour de 39 mm. Pourquoi?
Il y a deux facteurs qui rendent ce problème non linéaire:
- Auto-Contact sur la pièce
-
Matériau hyperélastique
Avec 3DEXPERIENCE WORKS il est possible de compléter l’écrasement jusqu’à 55 mm, le caoutchouc se comprime bcp plus sur lui-même et bien au-delà ce qui n’était pas possible avec SolidWorks.
Pourquoi le calcul converge ?
Ce qui se cache derrière 3DEXPERIENCE c’est le solveur Abaqus qui est doté d’une meilleure technologie reconnue sur le marché de calcul de structure et qui existe depuis presque 50 ans, c’est le solveur Abaqus qui intégré dans 3DEXPERIENCE.
Le solveur Abaqus possède une meilleure technologie pour le choix d’éléments finis. Par exemple dans SolidWorks vous n’avez que des tétraèdres linéaires ou paraboliques ; avec Abaqus vous allez bénéficier d’une librairie plus large d’éléments finis de type hybrides qui sont largement utilisés lorsqu’on a des matériaux incompressibles tel que le caoutchouc.
Ensuite l’algorithme de contact est beaucoup plus performant dans 3DEXPERIENCE, on remarque que l’auto-contact de la pièce sur elle-même se passe sans problème. Pour les lois matériaux dans SolidWorks et pour les matériaux de type élastiques on est limités en termes de loi de comportement. Dans 3DEXPERIENCE ça va beaucoup plus loin, avec la technologie Abaqus on peut modéliser bcp plus de lois de comportements pour les hypersélastiques ce qui laisse place à plus de choix.
Cas 2 : Arrachement d’un clip
Le cas ci-dessous illustre une pièce en plastique que l’on peut retrouver dans des industries comme l’aéronautique ou l’automobile. Ce sont des pièces utiles pour fixer des passages de câbles. Il y’a d’abord une simulation d’insertion de la pièce sur son support mais on peut aussi s’intérésser à l’arachement de la pièce pour connaitre l’effort nécessaire au déclipsage.
Simulation réalisée avec SolidWorks Simulation Premium
La pièce en plastique est représentée par un matériau linéaire élastique. Elle est en position clipsée par rapport à une plaque rigide. On impose un déplacement de 3 mm sur la face supérieure de la pièce pour la faire passer dans le trou de la plaque.
Qu’est-ce qui ne va pas ?
La simulation ne converge pas jusqu’au bout, le chargement total n’est pas appliqué (0,2mm vs 3mm).
Le caractère dynamique non linéaire avec le contact notamment rend la convergence difficile, voire impossible. Après 7 min problème sur le solveur ; échec de la résolution du calcul.
Comme pour le cas précédent, la courbe de la force de réaction est incomplète.
Lorsqu’on traite le cas avec la 3DEXPERIENCE, nous pouvons utiliser le solveur Explicite, utile lorsque les non-linéarités sont importantes
Le solveur abaqus, nous allons utiliser la technique du solveur abaqus explicite, il est utilisé surtout pour faire des calculs de crashs, de dynamiques rapides.
Nous allons utiliser cette même technologies explicit pour des problèmes fortement non linéaire perçues comme des problèmes quasi statiques ; ce n’est pas de la dynamique très rapide, on vient juste tirer sur la pièce mais comme il y’a de fortes non-linéarité avec le contact. Le solveur Abaqus explicit permet de mieux traiter ce problème. Pour ce calcul, le solveur abaqus explicit dans 3DEXPERIENCE a eu besoin de 27 min sur 8 processeurs.
La courbe de l’effort de réaction montre le pic de force utile pour déclipser la pièce.
La courbe de l’effort de réaction montre le pic de force utile pour déclipser la pièce.
Cas 3 : Dimensionnement d’une barrière
Tous les fabricants de matériel de contrôle d’accès (barrières, bornes) doivent certifier selon des normes précises la résistance mécanique du produit. Faire un essai physique reste le meilleur moyen de s’assurer de l’intégrité du produit, mais est extrêmement couteux. C’est pourquoi le recours à la simulation numérique permet de réduire le nombre de prototype et les coûts.
Pourquoi 3DEXPERIENCE ?
Solveur explicit
3DEXPERIENCE dispose d’un solveur adapté pour des simulations de type Crash (SolidWorks n’a pas cette capacité)
Rupture du matériau
3DEXPERIENCE permet de prendre en compte la rupture du matériau.
Puissance de calcul
3DEXPERIENCE bénéficie d’un cloud pour exécuter des calculs. Les calculs Crash sont très “gourmands” en temps calcul (de 10 heures à 48 heures en fonction de la puissance de la machine)
Il est intéressant d’avoir à l’esprit que rien n’est local sur la machine, les simulations exécutées et les résultats associés sont sur le cloud. De plus, il est possible d’accéder aux résultats à travers une interface web le partage est plus simple avec son écosystème ou entreprise. Ici, on dispose d’outils sur une plateforme web par exemple « Microsoft Edge », il y a un accès à un tableau de bord dans lequel il est possible de voir les différents résultats. Ce qui davantage intéressant, c’est de faire de la collaboration ; de la revue de projet avec son équipe, mais aussi partager ses notes ou modèles complets en 3D avec une communauté qui est un réseau social de l’entreprise. L’utilisation de 3DEXPERIENCE pour le calcul permet aussi de bénéficier de tout ce qui est PLM.
Vous avez pu voir les différences entre SolidWorks Simulation et 3DEXPERIENCE à travers trois cas d’étude. Pour des études non-linéaires, le choix se porte sur 3DEXPERIENCE versus SolidWorks Simulation Premium, qui dispose du solveur de calcul Abaqus, bien plus robuste. Un autre avantage à utiliser la plateforme 3DEXPERIENCE sur le Cloud est la puissance de calcul associée : en déportant son calcul sur le Cloud, on libère les ressources sur sa machine. Enfin, le Cloud permet de s’affranchir de tout investissement de matériel haute performance.
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