Utilisation du calcul en conception intégrée

Présentation au sujet: "Utilisation du calcul en conception intégrée"— Transcription de la présentation:

1 Utilisation du calcul en conception intégrée
Le calcul par éléments finis sous ou avec CATIA V5 (3ème atelier de la liste ds-catia) Utilisation du calcul en conception intégrée Arnaud Delamézière, François Bilteryst Institut Supérieur d’Ingénierie de la Conception de Saint-Dié-des-Vosges 8/11/2006

2 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

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

4 GIP-lnSIC, Groupement d’Intérêt Public
un partenariat entre: un Centre de Recherche: le CIRTES deux Ecoles d ’Ingénieurs l’Ecole des Mines de Nancy l’Ecole des Mines d’Albi-Carmaux, Fédération Française de la Plasturgie Fédération des Industrie de la Mécanique Union des Industries et Métiers de la Métallurgie Syndicat National des Caoutchouc et des Polymères et les fédérations professionnelles: Fédération de la Plasturgie Fédération des Industries de la Mécanique Union des Industries et Métiers de la Métallurgie Syndicat National du Caoutchouc et des Polymères

5 Les formations du GIP-InSIC :
Formation d’Ingénieur de l’Ecole des Mines de Nancy spécialité Ingénierie de la Conception  diplôme délivré par l’INPL Recrutement BTS et DUT (+PT) Durée 3 ans, un stage longue durée par an Demande d’ouverture par la voie de l’apprentissage en 2007 auprès de la CTI Master DESIGN GLOBAL spécialité Conception Produits Procédés matériaux diplôme délivré par l’ Université Henri Poincaré

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7 Les moyens pour la simulation
Deux salles de 12 stations de travail : 12 Pentium 4 1,7GHZ et 512 Mo de RAM 12 Pentium 4 3 GHz et 1 Go de RAM Logiciels (formation/recherche) : CATIA V5 SimDesigner CADMOULD (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)

8 Les enseignements du calcul numérique
1ère année : 48h Méthodes Numériques pour l’Ingénieur (introduction schéma d’intégration) 20h Bases CATIA 16h SimDesigner Motion (Dynamique des solides indéformables) 2ème année : 40h Approfondissement CATIA 60h Modélisation et dimensionnement de pièces par éléments finis 10h Ingénierie Simultanée (utilisée dans d’autres modules) 3ème année: 16h modélisation et simulation numérique des coques minces 20h optimisation pour la conception mécanique 30h simulation numérique de l’injection 30h simulation numérique de l’emboutissage

9 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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11 Canal de ventilation pour rétroviseur automobile
Ecoulement de l’air entrant Ecoulement de l’air sortant Aurélien NIBAU Hugues-Emmanuel RITZ Promo 2006 - Conception, intégration du composant - Etude aéraulique (efficacité) - Etude du procédé (faisabilité) : Simulation d’injection et conception du moule Pression températures

12 Projet broyeur forestier
Benoît Camus Florent Klinger Promo 2006 Modélisation (CdC fonctionnel) Maquette numérique (cinématique, calculs EF) Démarche collaborative gestion de projet

13 Mécanisme de toit Peugeot 206cc
Bibiane Coignée Benoit Didier Promo 2005 Modélisation et assemblage Etude cinématique et dynamique (SimDesigner Motion) Résultat réel Résultat simulé

14 Modélisation d’un karting
Alexandre Chamagne Mathieu Marion Promo 2005 Modélisation Etude et optimisation de la rigidité du châssis. Poids conducteur = 80 kg Vitesse : 100 tr/min Décélération : 5.25 rad/s²

15 Conception et optimisation d’un système de fixation de canoës
et de kayaks sur les barres de toit d’une automobile Sophie Vanwaelscappel Olivier Reignier Promo 2005 Modélisation, choix de solution Etude et optimisation de la rigidité des fixations.

16 Languette de maintient
Boîtier de CD innovant David Dos Reis Promo 2005 Injection Surface supérieur Surface inférieur Languette 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 …) .

17 Modélisation et étude d’une aile volante
Fabien Roche Bruno Trapletti Promo 2005 Intrados Extrados Modélisation de l’aile via macros (sous Catia) Etude de la répartition de la pression (sous Fluent) Plan de symétrie Simulation du comportement mécanique (sous SimDesigner)

18 Exemple module conception intégrée produit/process

19 Projet Platine de Roller Mr Edet Michael Mr Grojean Alex
Mr Litty Guillaume

20 Présentation de la pièce
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

21 Dimensionnement Matière résiste à 160 MPa
Matière et géométrie validées

22 Dimensionnement Matière résiste à 160 MPa
Matière et géométrie validées

23 Description du moule

24 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)

25 Simulation Tous d’abord, il faut générer un maillage.
Test de différents tailles de maillages => 2, 5, 10 et 20 mm

26 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

27 Temps de remplissage

28 Temps de remplissage => Nous validons un temps de remplissage de 5 secondes

29 Temps de remplissage Soudures froides réelles :

30 Temps de remplissage Bilan : Problèmes de remplissage
Retassures potentielles => Nous validons un temps de remplissage de 5 secondes

31 Influence du maillage Les essais que nous visualisons, nous conforte dans notre choix initial. => Nous gardons notre maillage de 10 mm

32 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.

33 Gestion de la température
Conception des canaux d’alimentation

34 Fibrage On constate que les fibres se positionnent dans le sens de l’écoulement => configuration optimal pour améliorer la résistance mécanique.

35 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.

36 Master M2 Conception Produit-Procédé-Matériau
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

37 Plan Présentation du GIP-InSIC
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38 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

39 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

40 Intérêt Canaux de régulation thermique: Conception traditionnelle
[SACHS, 2000] Conception par Stratoconception Travaux de thèse de Cyril PELAINGRE Couche Nappe de régulation Ailettes Partie moulante

41 Simulations CAO: Objectifs de ces simulations:
Choix de la pièce : projet Molstra Objectifs de ces simulations: Temps de solidification Température du moule et de la pièce Contraintes dans le moule

42 Simulations Matériaux : Visualisation des résultats
Moule : acier Pièce: aluminium Visualisation des résultats Remplissage (VULCAN): Débit volumique: m3/s

43 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

44 Simulations ! Comportement thermomécanique du moule (Simdesigner)
Pas de prise en compte de la stratification Condition aux limites: Chargement thermique = Champ de température à t=10s Pression de maintien = 500 bars Force de fermeture = N Conclusion: Prédominance du chargement thermique sur le chargement mécanique

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46 Commentaires personnels sur l’utilisation de CATIA
Atelier complet Outils très utiles pour l’ingénieur Connexion entre maillages non-compatibles… Facilité d’utilisation mais pas de vision des problèmes d’échanges de données et problématique de « connecter » le logiciel de simulation et le logiciel d’optimisation

47 Commentaires personnels sur l’utilisation de CATIA
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 maillage Passage d ’un maillage local fin au maillage global grossier trop rapide Offre SIMULIA ?

48 Merci aux ceux qui ont effectués les travaux présentés
Merci pour votre attention Bon appétit Institut Supérieur d’Ingénierie de la Conception de Saint-Dié-des-Vosges