Etre plus résistant qu'il n'y paraît
Pourquoi réaliser un calcul aux éléments finis FEA ?
- Vérifier — La conception résiste-t-elle aux sollicitations ?
- Comprendre — Où et pourquoi apparaissent les zones critiques ?
- Dimensionner — Quelle épaisseur, quelle section ou quelle géométrie faut-il retenir ?
- Optimiser — Peut-on gagner en masse, en matière ou en performance ?
- Prédire — Comment la structure va-t-elle se comporter en fonctionnement ?
- Qualifier — La conception ou l’équipement satisfait-il aux exigences mécaniques, normatives ou de durée de vie ?
Le calcul aux éléments finis FEA ? Quelle est notre mission ?
Le calcul aux élements finis FEA (Finite Element Analysis - souvent appelée MEF en français) est une méthode de calcul numérique basé sur la discrétisation d'un solide (structure).
Elle permet de simuler virtuellement comment un objet ou une structure réagit face à des forces réelles (poids, chocs, vibrations, chaleur ou pression) avant de fabriquer un prototype.
Comprendre votre problématique et le problème physique.
Proposer la méthodologie adéquate à votre problème, votre budget et vos délais
Faire les bonnes hypothèses (Conditions de fonctionnement, chargements, liaisons, matériaux, contacts, conditions aux limites… )
Chaque hypothèse peut influencer significativement le résultat.
Modéliser en 3D la géométrie représentant votre équipement, installation ou produit
Paramétrer la modélisation 3D en recherchant le juste niveau de précision entre représentation du comportement réel et maîtrise des temps de calcul.
Analyser les résultats par un ingénieur expérimenté
Faire les recommandations concrètes pour la conception et le dimensionnement
Quels types de calcul aux éléments finis FEA pouvons-nous réaliser ?
Mécanique statique
Contraintes, déformations, déplacements, contacts, non-linéarités.
Stabilité & dynamique
Flambement, modes propres, vibrations, résonance, sollicitations dynamiques.
Thermique & thermomécanique
Température, dilatation, contraintes thermiques, couplages thermo-mécaniques.
Durabilité & intégrité
Fatigue, mécanique de la rupture, fissures, durée de vie, Fitness For Service.
Optimisation & dimensionnement
Optimisation topologique, réduction de masse, vérification normative, comparaison de solutions.
Le calcul aux éléments finis FEA, c’est comme la réalisation d’essais physiques mais avec une infinité de capteurs
Quelles grandeurs pouvons-nous analyser ?
- Contraintes, déformations, déplacements, efforts, réactions aux appuis, pressions de contact, fréquences propres, modes de vibration, températures, flux thermiques, contraintes thermiques, facteurs de flambement, durée de vie en fatigue…
Ces grandeurs permettent de caractériser le comportement de la structure, d’identifier les zones critiques et de vérifier son dimensionnement au regard des sollicitations auxquelles elle est soumise.
Pour analyser la résistance d'une structure, nous examinons les contraintes (de Von Mises, principales, leurs étendues) et les déformations nous permettant de statuer sur sa tenue.
Pour un phénomène vibratoire, nous analysons les fréquences propres, évaluant ainsi le risque de résonance
Pour l'analyse en fatigue, nous estimons la durée de vie résiduelle de l'appareil, pour prédire le nombre de cycles menant à sa ruine.
Quand la thermique entre en ligne de compte, la température et les flux seront analysées pour conclure sur la tenue thermomécanique de l'appareil.
Quelles questions le calcul aux éléments finis FEA
permet-il de résoudre ?
- La conception est-elle suffisamment résistante ?
- La structure va-t-elle se déformer de manière acceptable ?
- Où se trouvent les zones critiques ?
- Peut-on réduire la masse ou la matière ?
- La pièce risque-t-elle de flamber ?
- La structure risque-t-elle d’entrer en résonance ?
- La pièce résistera-t-elle à des sollicitations répétées ?
- Comment la structure va-t-elle se comporter sous un choc ou un chargement transitoire ?
- Quel sera l’effet d'une température ou d’un gradient thermique ?
- Une pièce ou un équipement dégradé peut-il continuer à fonctionner ?
- Une conception respecte-t-elle les exigences d’un code ou d’une norme ?
Quelques exemples de problématiques traitées en calcul aux éléments finis FEA
- La réduction des pertes de charge
- L’optimisation de procédés industriels
- L’optimisation de la répartition des débits
- La compréhension des transferts de chaleur et de masse (conduction, convection, rayonnement, évaporation, échangeurs, …)
- La détermination des performances de ventilateurs et de pompes (problèmes de zones de recirculation et de cavitation)
- L’aérodynamique interne et externe
- L’optimisation de l’homogénéité de flux gazeux (température, espèces chimiques, vitesse)
- L’optimisation de systèmes de dilution des fumées
- L’optimisation de systèmes de dépoussiérage , tels que filtres à manches, filtres électrostatiques, laveurs, cyclones, hottes de captation, réseaux d’aspiration,…
- L’étude de la dispersion de fuites de gaz
- Le calcul de panache de fumées
- La simulation d’incendie
- La ventilation , la climatisation, les systèmes HVAC
- Les écoulements multiphasiques
Le développement d’UDF (User Defined Function) pour modélisation de phénomènes spécifiques - Les écoulements à surface libre
- Les études de ballottement et sloshing (dans les réservoirs, et autres)
- La modélisation de la combustion (chaudières, fours, brûleurs, moteurs, incinérateurs,…)