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Le calcul par éléments finis sous ou avec CATIA V5 (3ème atelier de la liste ds-catia)

Utilisation du calcul en conception intégrée

8/11/2006

Arnaud Delamézière, François Bilteryst

Institut Supérieur d’Ingénierie de la Conceptionde Saint-Dié-des-Vosges

www.insic.fr

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Plan

Présentation du GIP-InSIC

CATIA et la simulation dans la formation d’ingénieur

Exemples de réalisation de la cadre de la formation

Exemple d’utilisation dans le cadre de la recherche

Commentaires personnels sur l’utilisation de CATIA

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… sur le pôle de développement rapide de produit« Pôle d’innovation et de création industrielle »

… sur le pôle de développement rapide de produit« Pôle d’innovation et de création industrielle »

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GIP-lnSIC, Groupement d’Intérêt Publicun partenariat entre:GIP-lnSIC, Groupement d’Intérêt Publicun partenariat entre:

un Centre de Recherche: le CIRTESun Centre de Recherche: le CIRTES

deux Ecoles d ’Ingénieursl’Ecole des Mines de Nancyl’Ecole des Mines d’Albi-Carmaux,

deux Ecoles d ’Ingénieursl’Ecole des Mines de Nancyl’Ecole des Mines d’Albi-Carmaux,

et les fédérations professionnelles:Fédération de la Plasturgie

Fédération des Industries de la MécaniqueUnion des Industries et Métiers de la Métallurgie

Syndicat National du Caoutchouc et des Polymères

et les fédérations professionnelles:Fédération de la Plasturgie

Fédération des Industries de la MécaniqueUnion des Industries et Métiers de la Métallurgie

Syndicat National du Caoutchouc et des Polymères

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Les formations du GIP-InSIC :Les formations du GIP-InSIC :

Master DESIGN GLOBAL spécialitéConception Produits Procédés matériauxdiplôme délivré par l’ Université Henri Poincaré

Master DESIGN GLOBAL spécialitéConception Produits Procédés matériauxdiplôme délivré par l’ Université Henri Poincaré

Formation d’Ingénieur de l’Ecole des Mines de Nancyspécialité Ingénierie de la Conception diplôme délivré par l’INPLRecrutement BTS et DUT (+PT)Durée 3 ans, un stage longue durée par anDemande d’ouverture par la voie de l’apprentissage en 2007 auprès de la CTI

Formation d’Ingénieur de l’Ecole des Mines de Nancyspécialité Ingénierie de la Conception diplôme délivré par l’INPLRecrutement BTS et DUT (+PT)Durée 3 ans, un stage longue durée par anDemande d’ouverture par la voie de l’apprentissage en 2007 auprès de la CTI

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Plan





Commentaires sur l’utilisation de CATIA

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Les moyens pour la simulationLes moyens pour la simulation

Deux salles de 12 stations de travail :12 Pentium 4 1,7GHZ et 512 Mo de RAM12 Pentium 4 3 GHz et 1 Go de RAM

Logiciels (formation/recherche) :CATIA V5SimDesignerCADMOULD (simulation numérique de l’injection plastique)STAMPACK (simulation numérique de l’emboutissage)Matlab

ABAQUS, FLUENT,REM3D (logiciels recherche)Cambridge Engineering Selector (CES2006)Ingénierie simultanée : ACSP (UTBM Samuel Gomes)

Deux salles de 12 stations de travail :12 Pentium 4 1,7GHZ et 512 Mo de RAM12 Pentium 4 3 GHz et 1 Go de RAM

Logiciels (formation/recherche) :CATIA V5SimDesignerCADMOULD (simulation numérique de l’injection plastique)STAMPACK (simulation numérique de l’emboutissage)Matlab

ABAQUS, FLUENT,REM3D (logiciels recherche)Cambridge Engineering Selector (CES2006)Ingénierie simultanée : ACSP (UTBM Samuel Gomes)

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Les enseignements du calcul numériqueLes enseignements du calcul numérique

1ère année :48h Méthodes Numériques pour l’Ingénieur (introduction schéma d’intégration)20h Bases CATIA16h SimDesigner Motion (Dynamique des solides indéformables)

2ème année :40h Approfondissement CATIA60h Modélisation et dimensionnement de pièces par éléments finis10h Ingénierie Simultanée (utilisée dans d’autres modules)

3ème année:16h modélisation et simulation numérique des coques minces20h optimisation pour la conception mécanique30h simulation numérique de l’injection30h simulation numérique de l’emboutissage

1ère année :48h Méthodes Numériques pour l’Ingénieur (introduction schéma d’intégration)20h Bases CATIA16h SimDesigner Motion (Dynamique des solides indéformables)

2ème année :40h Approfondissement CATIA60h Modélisation et dimensionnement de pièces par éléments finis10h Ingénierie Simultanée (utilisée dans d’autres modules)

3ème année:16h modélisation et simulation numérique des coques minces20h optimisation pour la conception mécanique30h simulation numérique de l’injection30h simulation numérique de l’emboutissage

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Quand est utilisé le calcul en conception intégré ?

Dans le cours deuxième année CATIA, pour l’évaluation par mini-projet

En troisième année dans le cadre du cours conception produit/process

Dans le cadre du projet industriel, 200 heures dans l’emploi du temps sur la deuxième et la troisième année (utilisation de l’ingénierie simultanée).

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Plan






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Ecoulement de l’air entrant

Ecoulement de l’air sortant

Canal de ventilation pour rétroviseur automobile

Aurélien NIBAUHugues-Emmanuel RITZPromo 2006

Pression

températures

- Conception, intégration du composant- Etude aéraulique (efficacité)- Etude du procédé (faisabilité) : Simulation d’injection et conception du moule

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Projet broyeur forestierBenoît CamusFlorent KlingerPromo 2006

- Modélisation (CdC fonctionnel)- Maquette numérique (cinématique, calculs EF)- Démarche collaborative gestion de projet

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Mécanisme de toit Peugeot 206ccBibiane CoignéeBenoit DidierPromo 2005

- Modélisation et assemblage- Etude cinématique et dynamique (SimDesigner Motion)

Résultat réel

Résultat simulé

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Modélisation d’un kartingAlexandre ChamagneMathieu MarionPromo 2005

- Modélisation - Etude et optimisation de la rigidité du châssis.

Poids conducteur = 80 kgVitesse : 100 tr/minDécélération : 5.25 rad/s²

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Conception et optimisation d’un système de fixation de canoëset de kayaks sur les barres de toit d’une automobile

Sophie Vanwaelscappel Olivier ReignierPromo 2005

- Modélisation, choix de solution- Etude et optimisation de la rigidité des fixations.

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Boîtier de CD innovantDavid Dos ReisPromo 2005

Injection

Surface supérieur

Surface inférieurLanguette de maintient

Lamelle

Charnière

Cinématique

- Modélisation, choix de solution- Conception et simulation du mécanisme (optimisation de la forme de la lamelle, du blocage du cd, de l’éjection du cd …) .

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Modélisation et étude d’une aile volanteFabien RocheBruno TraplettiPromo 2005

Intrados Extrados

Plan de symétrie

- Etude de la répartition de la pression (sous Fluent)

- Simulation du comportement mécanique (sous SimDesigner)

- Modélisation de l’aile via macros (sous Catia)

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Exemple module conception intégrée produit/process

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Projet Platine de Roller

Mr Edet MichaelMr Grojean Alex

Mr Litty Guillaume

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Présentation de la pièce

Objectif : Objectif :

conception et simulation de platine de roller innovante par la forme et les matériaux utilisés

Caractéristique matière : PA 6,6 - 30% GFR

Liaison platine / axe

Liaison Platine / chausson

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Dimensionnement

Matière résiste à 160 MPa

Matière et géométrie validées

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Dimensionnement

Matière résiste à 160 MPa

Matière et géométrie validées

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Description du moule

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But de la simulation

• Notre objectif dans cette étude est de valider le système d’alimentation

• Nous analyserons l’influence de différents paramètres sur le remplissage de l’empreinte, les variations de températures et les défauts potentiels.

• Nous étudions les variations de température pour la conception du système de régulation du moule (refroidissement)

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Simulation

Tous d’abord, il faut générer un maillage.

Test de différents tailles de maillages => 2, 5, 10 et 20 mm

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Démarche d’analyse

Test de plusieurs temps de remplissage avec un maillage de 10mm

=> Analyse du remplissage et des défauts (retassures, soudures…)

Analyser l’influence du maillage avec le meilleur remplissage

=> cohérence des résultats

Influence du compactage

=> élimination des retassures

Analyse de la température

=> conception du système de refroidissement

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Temps de remplissage

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=> Nous validons un temps de remplissage de 5 secondes

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Soudures froides réelles :

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Bilan :

Retassures potentielles

Problèmes de remplissage

=> Nous validons un temps de remplissage de 5 secondes

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Influence du maillage

=> Nous gardons notre maillage de 10 mm

Les essais que nous visualisons, nous conforte dans notre choix initial.

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Influence du compactage

Plus le temps de compactage est long et plus les retassures sont diminuées.

Il ne faut cependant pas en abuser car le temps de cycle s’en trouve fortement augmenter.

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Gestion de la température

Conception des canaux d’alimentation

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Fibrage

On constate que les fibres se positionnent dans le sens de l’écoulement

=> configuration optimal pour améliorer la résistance mécanique.

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Conclusion

Configuration finale :

• Temps de remplissage : 5 secondes• Compactage : 1 palier (80%) 5-10 secondes• Températures : 290°c (matière) / 100°c (moule)• Pression : 1800 bars (commutation à 98%)• Maillage : 10 mm (2,54%)

Remarque :

Il est utile de mentionner que l’affinage des réglage se fera en pied de presse avec le moule fonctionnant de façons cyclique.

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Master M2 Conception Produit-Procédé-MatériauMaster M2 Conception Produit-Procédé-MatériauModule : Analyse et optimisation du comportement thermo-mécanique de pièces et composants en service•Bases théoriques : tenseur des déformations, des contraintes, relation de comportement, équilibre, principe de la méthodes des éléments finis en 8H•Découverte du module GSA et de SimDesigner, premier cas 4H•Fonctionnalités avancées (maillage adaptatif, connexion, contact…) 4H•Optimisation de forme 4H

Module : Analyse et optimisation du comportement thermo-mécanique de pièces et composants en service•Bases théoriques : tenseur des déformations, des contraintes, relation de comportement, équilibre, principe de la méthodes des éléments finis en 8H•Découverte du module GSA et de SimDesigner, premier cas 4H•Fonctionnalités avancées (maillage adaptatif, connexion, contact…) 4H•Optimisation de forme 4H

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Plan






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Modélisation, optimisation et expérimentation de systèmes de régulation d’outillages rapides réalisés par Stratoconception.

Application à la fonderie sous pression.

Contrat CIFRE - ERMeP/CIRTES

Jérôme THABOUREY

• Directeur de thèse: Prof. Jean-Louis BATOZ

• Tuteurs : Myriam LAZARD, François BILTERYST

Ecole Doctorale EMMA

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Introduction/Contexte industriel

• Objectifs:

• Soutien industriel (CIRTES): Projet européen CRAFT

– MOLSTRA (New concept of Rapid tooling for the production of light metal die cast components: moulds by Stratoconception)

– Date: Mars 2003 – Février 2005

– Partenaires: INASMET (Espagne)

CROMeP/EMAC

7 PME (Moulistes, fonderies)

Améliorer la conception et l’efficacité des moules en fonderie sous pression Développer des technologies et des méthodologies expérimentales et numériques

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Intérêt• Canaux de régulation thermique:

Conception traditionnelle

[SACHS, 2000]

Couche

Nappe de régulation

Ailettes

Partie moulante

Conception par Stratoconception

Travaux de thèse de Cyril PELAINGRE

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Simulations– CAO:

• Choix de la pièce : projet Molstra

– Objectifs de ces simulations:• Temps de solidification• Température du moule et de la pièce• Contraintes dans le moule

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Simulations– Matériaux :Moule : acier

Pièce: aluminium

– Visualisation des résultats• Remplissage (VULCAN):

Débit volumique: 3.10-3 m3/s

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Simulations• Refroidissement (SimDesigner)Conditions initiales: température de l’acier 300°C

température de l’aluminium = température d’injection 750°C

Conditions aux limites: faces externes isolées

coefficient de transfert thermique moule/pièce : 10000W/m²/K

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Simulations

• Comportement thermomécanique du moule (Simdesigner)

Condition aux limites:

•Chargement thermique =Champ de température à t=10s

•Pression de maintien = 500 bars

•Force de fermeture = 3.106N

Pas de prise en compte de la stratification

!

Conclusion: Prédominance du chargement thermique sur le chargement mécanique

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Plan






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Commentaires personnels sur l’utilisation de CATIACommentaires personnels sur l’utilisation de CATIA

Atelier complet

Outils très utiles pour l’ingénieurConnexion entre maillages non-compatibles…

Facilité d’utilisation mais pas de vision des problèmes d’échanges de donnéeset problématique de « connecter » le logiciel de simulation et le logiciel d’optimisation

Atelier complet

Outils très utiles pour l’ingénieurConnexion entre maillages non-compatibles…

Facilité d’utilisation mais pas de vision des problèmes d’échanges de donnéeset problématique de « connecter » le logiciel de simulation et le logiciel d’optimisation

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Commentaires personnels sur l’utilisation de CATIACommentaires personnels sur l’utilisation de CATIALa disposition des outils amène à leur utilisation par des utilisateurs manquant de compétences.

Ce qui manque :

Une aide documentée sur les aspects théoriques (amélioration de l’interprétation des résultats, voir au choix des méthodes)

Plus de réglage au niveau du maillagePassage d ’un maillage local fin au maillage global grossier trop rapide

Offre SIMULIA ?

La disposition des outils amène à leur utilisation par des utilisateurs manquant de compétences.

Ce qui manque :

Une aide documentée sur les aspects théoriques (amélioration de l’interprétation des résultats, voir au choix des méthodes)

Plus de réglage au niveau du maillagePassage d ’un maillage local fin au maillage global grossier trop rapide

Offre SIMULIA ?

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Merci aux ceux qui ont effectués les travaux présentés

Merci pour votre attention

Bon appétit

Institut Supérieur d’Ingénierie de la Conceptionde Saint-Dié-des-Vosges

www.insic.fr

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