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1/48 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.

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1 1/48 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 dIngénierie de la Conception de Saint-Dié-des-Vosges

2 2/48 Plan Présentation du GIP-InSIC CATIA et la simulation dans la formation dingénieur Exemples de réalisation de la cadre de la formation Exemple dutilisation dans le cadre de la recherche Commentaires personnels sur lutilisation de CATIA

3 3/48 … sur le pôle de développement rapide de produit « Pôle dinnovation et de création industrielle » … sur le pôle de développement rapide de produit « Pôle dinnovation et de création industrielle »

4 4/48 GIP-lnSIC, Groupement dIntérêt Public un partenariat entre: GIP-lnSIC, Groupement dIntérêt Public un partenariat entre: un Centre de Recherche: le CIRTES un Centre de Recherche: le CIRTES deux Ecoles d Ingénieurs lEcole des Mines de Nancy lEcole des Mines dAlbi-Carmaux, deux Ecoles d Ingénieurs lEcole des Mines de Nancy lEcole des Mines dAlbi-Carmaux, 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 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 5/48 Les formations du GIP-InSIC : Master DESIGN GLOBAL spécialité Conception Produits Procédés matériaux diplôme délivré par l Université Henri Poincaré Master DESIGN GLOBAL spécialité Conception Produits Procédés matériaux diplôme délivré par l Université Henri Poincaré Formation dIngénieur de lEcole des Mines de Nancy spécialité Ingénierie de la Conception diplôme délivré par lINPL Recrutement BTS et DUT (+PT) Durée 3 ans, un stage longue durée par an Demande douverture par la voie de lapprentissage en 2007 auprès de la CTI Formation dIngénieur de lEcole des Mines de Nancy spécialité Ingénierie de la Conception diplôme délivré par lINPL Recrutement BTS et DUT (+PT) Durée 3 ans, un stage longue durée par an Demande douverture par la voie de lapprentissage en 2007 auprès de la CTI

6 6/48 Plan Présentation du GIP-InSIC CATIA et la simulation dans la formation dingénieur Exemples de réalisation de la cadre de la formation Exemple dutilisation dans le cadre de la recherche Commentaires sur lutilisation de CATIA

7 7/48 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 linjection plastique) STAMPACK (simulation numérique de lemboutissage) 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 RAM 12 Pentium 4 3 GHz et 1 Go de RAM Logiciels (formation/recherche) : CATIA V5 SimDesigner CADMOULD (simulation numérique de linjection plastique) STAMPACK (simulation numérique de lemboutissage) Matlab ABAQUS, FLUENT,REM3D (logiciels recherche) Cambridge Engineering Selector (CES2006) Ingénierie simultanée : ACSP (UTBM Samuel Gomes)

8 8/48 Les enseignements du calcul numérique 1ère année : 48h Méthodes Numériques pour lIngénieur (introduction schéma dintégration) 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 dautres modules) 3ème année: 16h modélisation et simulation numérique des coques minces 20h optimisation pour la conception mécanique 30h simulation numérique de linjection 30h simulation numérique de lemboutissage 1ère année : 48h Méthodes Numériques pour lIngénieur (introduction schéma dintégration) 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 dautres modules) 3ème année: 16h modélisation et simulation numérique des coques minces 20h optimisation pour la conception mécanique 30h simulation numérique de linjection 30h simulation numérique de lemboutissage

9 9/48 Quand est utilisé le calcul en conception intégré ? Dans le cours deuxième année CATIA, pour lévaluation par mini-projet En troisième année dans le cadre du cours conception produit/process Dans le cadre du projet industriel, 200 heures dans lemploi du temps sur la deuxième et la troisième année (utilisation de lingénierie simultanée).

10 10/48 Plan Présentation du GIP-InSIC CATIA et la simulation dans la formation dingénieur Exemples de réalisation de la cadre de la formation Exemple dutilisation dans le cadre de la recherche Commentaires sur lutilisation de CATIA

11 11/48 Ecoulement de lair entrant Ecoulement de lair sortant Canal de ventilation pour rétroviseur automobile Aurélien NIBAU Hugues-Emmanuel RITZ Promo 2006 Pression températures - Conception, intégration du composant - Etude aéraulique (efficacité) - Etude du procédé (faisabilité) : Simulation dinjection et conception du moule

12 12/48 Projet broyeur forestier Benoît Camus Florent Klinger Promo Modélisation (CdC fonctionnel) - Maquette numérique (cinématique, calculs EF) - Démarche collaborative gestion de projet

13 13/48 Mécanisme de toit Peugeot 206cc Bibiane Coignée Benoit Didier Promo Modélisation et assemblage - Etude cinématique et dynamique (SimDesigner Motion) Résultat réel Résultat simulé

14 14/48 Modélisation dun karting Alexandre Chamagne Mathieu Marion Promo Modélisation - Etude et optimisation de la rigidité du châssis. Poids conducteur = 80 kg Vitesse : 100 tr/min Décélération : 5.25 rad/s²

15 15/48 Conception et optimisation dun système de fixation de canoës et de kayaks sur les barres de toit dune automobile Sophie Vanwaelscappel Olivier Reignier Promo Modélisation, choix de solution - Etude et optimisation de la rigidité des fixations.

16 16/48 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 léjection du cd …).

17 17/48 Modélisation et étude dune aile volante Fabien Roche Bruno Trapletti Promo 2005 IntradosExtrados Plan de symétrie - Etude de la répartition de la pression (sous Fluent) - Simulation du comportement mécanique (sous SimDesigner) - Modélisation de laile via macros (sous Catia)

18 18/48 Exemple module conception intégrée produit/process

19 19/48 Projet Platine de Roller Mr Edet Michael Mr Grojean Alex Mr Litty Guillaume

20 20/48 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 21/48 Dimensionnement Matière résiste à 160 MPa Matière et géométrie validées

22 22/48 Dimensionnement Matière résiste à 160 MPa Matière et géométrie validées

23 23/48 Description du moule

24 24/48 But de la simulation Notre objectif dans cette étude est de valider le système dalimentation Nous analyserons linfluence de différents paramètres sur le remplissage de lempreinte, 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 25/48 Simulation Tous dabord, il faut générer un maillage. Test de différents tailles de maillages => 2, 5, 10 et 20 mm

26 26/48 Démarche danalyse Test de plusieurs temps de remplissage avec un maillage de 10mm => Analyse du remplissage et des défauts (retassures, soudures…) Analyser linfluence 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 27/48 Temps de remplissage

28 28/48 Temps de remplissage => Nous validons un temps de remplissage de 5 secondes

29 29/48 Temps de remplissage Soudures froides réelles :

30 30/48 Temps de remplissage Bilan : Retassures potentielles Problèmes de remplissage => Nous validons un temps de remplissage de 5 secondes

31 31/48 Influence du maillage => Nous gardons notre maillage de 10 mm Les essais que nous visualisons, nous conforte dans notre choix initial.

32 32/48 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 sen trouve fortement augmenter.

33 33/48 Gestion de la température Conception des canaux dalimentation

34 34/48 Fibrage On constate que les fibres se positionnent dans le sens de lécoulement => configuration optimal pour améliorer la résistance mécanique.

35 35/48 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 laffinage des réglage se fera en pied de presse avec le moule fonctionnant de façons cyclique.

36 36/48 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 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 37/48 Plan Présentation du GIP-InSIC CATIA et la simulation dans la formation dingénieur Exemples de réalisation de la cadre de la formation Exemple dutilisation dans le cadre de la recherche Commentaires sur lutilisation de CATIA

38 38/48 Modélisation, optimisation et expérimentation de systèmes de régulation doutillages 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 39/48 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 lefficacité des moules en fonderie sous pression Développer des technologies et des méthodologies expérimentales et numériques

40 40/48 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

41 41/48 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

42 42/48 Simulations –Matériaux : Moule : acier Pièce: aluminium –Visualisation des résultats Remplissage (VULCAN): Débit volumique: m 3 /s

43 43/48 Simulations Refroidissement (SimDesigner) Conditions initiales: température de lacier 300°C température de laluminium = température dinjection 750°C Conditions aux limites: faces externes isolées coefficient de transfert thermique moule/pièce : 10000W/m²/K

44 44/48 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 = N Pas de prise en compte de la stratification ! Conclusion: Prédominance du chargement thermique sur le chargement mécanique

45 45/48 Plan Présentation du GIP-InSIC CATIA et la simulation dans la formation dingénieur Exemples de réalisation de la cadre de la formation Exemple dutilisation dans le cadre de la recherche Commentaires sur lutilisation de CATIA

46 46/48 Commentaires personnels sur lutilisation de CATIA Atelier complet Outils très utiles pour lingénieur Connexion entre maillages non-compatibles… Facilité dutilisation maispas de vision des problèmes déchanges de données etproblématique de « connecter » le logiciel de simulation et le logiciel doptimisation Atelier complet Outils très utiles pour lingénieur Connexion entre maillages non-compatibles… Facilité dutilisation maispas de vision des problèmes déchanges de données etproblématique de « connecter » le logiciel de simulation et le logiciel doptimisation

47 47/48 Commentaires personnels sur lutilisation 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 linterprétation 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 ? 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 linterprétation 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 48/48 Merci aux ceux qui ont effectués les travaux présentés Merci pour votre attention Bon appétit Institut Supérieur dIngénierie de la Conception de Saint-Dié-des-Vosges


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