LE SERVICE MECANIQUE Marc Anduze Congres du LLR – 16/10/2012.

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1 LE SERVICE MECANIQUE Marc Anduze Congres du LLR – 16/10/2012

2 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Le Service Mécanique  Mission : Etude & Conception, R&D, réalisation, mise au point et montage sur site d’ensembles mécaniques, de détecteurs et d’appareillages de physique dans un environnement international, multi projets et de collaboration avec les autres services et d’autres organismes  Membres : 15 agents  Prestations extérieures : Expertise et réalisation de pièces en matériaux composites pour d’autres organismes (Institut d’Astrophysique spatiale, Service d’Aéronomie …)

3 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique  Instruments innovants, complexes, intégrés, compacts et gigantesques, plus performants…  Environnements contraints : faisceaux intenses, champ magnétique, accessibilité, sureté, …  Fiabilité, cycle de vie « long »  Nouveaux matériaux  Nombre de prototypes limités  Collaborations internationales avec multiples interlocuteurs et outils  Fractionnement des contributions et complexification des interfaces Evolution des outils logiciels : Modélisation virtuel CAO Base de données d’échange CAO Outils collaboratifs Simulations numériques Les enjeux

4 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique InstrumentsDétecteursAppareillages 3 domaines de compétences interdépendants Ingénierie REALISATIONS / INTEGRATIONS / TESTS Prototypes & détecteurs (ETUDES & PROJETS + ATELIER) CAO 3D CATIA V5 – Maquettes virtuelles (ETUDES & PROJETS) Simulations SAMCEF / ANSYS Dimensionnement Compréhension (ETUDES & PROJETS)

5 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Hall B JLAB …dès la phase amont, utilisation de  Dimensionnement réel des éléments  Implantation  Définition des interfaces  prise en compte des câblages CAO 3D : modèle réaliste… 16,14 m PCB: 1200 µm glue: 100 µm wafer: 325 µm W W CATIA V5

6 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Préparation de la gamme de montage d’un module du détecteur INGRID CAO 3D : simulations d’assemblage

7 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique CAO 3D : préparation des installations sur site Préparation de l’installation de la caméra du télescope HESSII Hall de maintenance sur site Télescope Protection caméra Chariot de déchargement caméra Caméra

8 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique CAO 3D : échanges/collaborations plus poussées CATIA V5 avec Smarteam (PLM) : première version de gestion de cycle de vie d‘un produit, outil de validation, de travail en équipe,… Exemple d’un Projet IN2P3 : GUINEVERE/ADS (démonstrateur de réacteur nucléaire sous-critique dont la réaction en chaîne est entretenue par des neutrons produits par un accélérateur)  Centre d’Etude de l’Energie Nucléaire (SCK) - Belgique : accueil expérience, génie civil, cœur, servitudes, intégration  CEA : combustible, structure du cœur  IN2P3, 4 laboratoires : accélérateur et source de neutrons SCK SCK & CEA dipôles - châssis - blindage - doigt de gant et cible - châssis - source de deuton - lignes faisceau

9 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique CAO 3D : échanges/collaborations plus poussées Évolution vers CATIA V6 Enovia (base de données intégrées): Exemple d’espace de travail collaboratif : BE #1 BE #3 BE #2 BE #4

10 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Simulations : Calculs par éléments finis Calculer numériquement le comportement d'objets même très complexes (continus et décrits par une équation aux dérivées partielles linéaire) par la discrétisation de la géométrie en éléments simples (maillage). Objectif : Analyser les comportements mécaniques, thermiques, fluidiques, d’objets soumis à des sollicitations afin de les dimensionner correctement dans leur environnement ANSYS 14 Elasticité linéaire / non linéaire (statique et dynamique) Thermique linéaire / non linéaire (stationnaire et transitoire) Thermofluidique (CFX et Fluent ) Comportement thermique d’une carte électronique (NECTArCam) Analyse modale (structure ILD) Déformation enceinte sous vide (GALOP)

11 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Simulations : vers le multi-physique Analyse du comportement d'un modèle dépendant de plusieurs domaines de physique : calculs couplés nécessaires Description d’un calcul couplé avec ANSYS Interaction fluide-structure Refroidissement de carte électronique par convection forcée Structure + Fluide Thermique + Fluide

12 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Prendre en compte différentes disciplines dans un modèle CAO unique en augmentant les passerelles entre CATIA et :  Simulations de physique (GEANT4…)  Logiciels CAO électronique (ex: CADENCE) et de câblage  Gammes de montage/assemblage virtuelle (vidéo 3D) Des outils et passerelles existent cependant pour  Logiciels de calculs (déjà existante avec ANSYS) permettant le paramétrage des maquettes en fonction des résultats de simulations  Optimisation de la fabrication (module CFAO, tolérances 3D) L’atelier possède déjà les post processeurs CATIA Ingénierie : vers des systèmes intégrés Problème : nous sommes dépendant des éditeurs !!!

13 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Ingénierie : Fabrication Assistée par Ordinateur Les machines d’usinage modernes intègrent des modules à commandes numériques de leur axes de déplacements, pilotés par ordinateur rendant possible la FAO. Centre d’usinage (2005) Machine découpe à jet d’eau (2011) Définition de la gamme & simulations d’usinage Usinage sur machine Pièce virtuelle CATIA

14 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Ingénierie : vers le tolérancement 3D La FAO seule nécessite l’envoi de la maquette virtuelle & du plan de détail 2D pour la définition des cotes et des tolérances (contrôle après fabrication) Apports des tolérances 3D :  meilleurs échanges avec l’atelier & les sous traitants  meilleure traçabilité puisqu’ une maquette référencée donne à elle seule toutes les informations  risque réduit d’erreurs et contrôle des dimensions possibles directement avec la maquette en support Les tolérances 3D tuent définitivement le plan 2D !!!

15 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Ingénierie : la réalité virtuelle Une vision 3D de nos détecteurs ? Vues d’intérieur de voiture : moteur & habitacle (Jaguar Land Rover) Apports :  Meilleure visibilité et prise en compte de l’accessibilité lors des phases de conception, d’opérations d’assemblage ou de maintenance  Facilité de présentation lors de revues de projet

16 Marc Anduze – 16/10/2012 Service Mécanique Conclusion Les évolutions des métiers de la mécanique sont directement liées aux nouvelles possibilités de nos outils (logiciels & machines) et des nouveaux besoins de détecteurs : de plus en plus grand et précis ! Vers des Ingénieurs généralistes et pluridisciplinaires Vers des techniciens "numériques"  Ingénierie : Evolution vers la suppression des plans papiers au profit d’une maquette comportant l’ensemble des données permettant la FAO et la métrologie 3D  CAO : utilisation croissante des outils collaboratifs (SMARTEAM, ou encore Enovia-V6) avec les problématiques de gestion des interfaces  Modèles intégrés : couplages demandés avec les autres disciplines  Logiciel de calculs : évolution forte vers les simulations multi-physiques