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 www.insic.fr 8/11/2006

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

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

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

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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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)

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

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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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

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

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

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

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.

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 …) .

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)

Exemple module conception intégrée produit/process

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

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

Dimensionnement Matière résiste à 160 MPa Matière et géométrie validées

Dimensionnement Matière résiste à 160 MPa Matière et géométrie validées

Description du moule

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)

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

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

Temps de remplissage

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

Temps de remplissage Soudures froides réelles :

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

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

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.

Gestion de la température Conception des canaux d’alimentation

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

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.

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

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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

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

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

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

Simulations Matériaux : Visualisation des résultats Moule : acier Pièce: aluminium Visualisation des résultats Remplissage (VULCAN): Débit volumique: 3.10-3 m3/s

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

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 = 3.106N Conclusion: Prédominance du chargement thermique sur le chargement mécanique

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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

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 ?

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 www.insic.fr