Solveurs Abaqus : Donner aux ingénieurs les moyens de réussir chaque scénario d’analyse par éléments finis

Lors de l'analyse de la performance de leurs produits, les ingénieurs doivent tenir compte d'un large éventail de phénomènes physiques. Parmi ceux-ci figurent les contacts complexes, les déformations importantes, les vibrations, les matériaux non linéaires et les effets transitoires. Une meilleure prédiction de ces comportements accélère le processus de conception et améliore le produit final. Chaque logiciel d'analyse par éléments finis (FEA) disponible sur le marché offre sa propre sélection de solveurs et de procédures de résolution, dont la capacité à représenter ces phénomènes avec une efficacité et une précision variables peut s'avérer insuffisante.AbaqusElle se distingue par son portefeuille de solveurs très applicable et très efficace. Examinons de plus près les nombreuses applications de cette trousse d'outils d'analyse par éléments finis (FEA) vaste et complète.

Des solutions pour chaque situation

Solveurs linéaires dans Abaqus : des réponses rapides pour une prise de décision précoce

Lorsqu'on travaille dans le domaine des solveurs linéaires, on ne s'intéresse généralement pas au contact, aux grandes déformations ni au comportement du matériau après la limite d'élasticité. On peut alors utiliser des solveurs linéaires pour obtenir des résultats initiaux extrêmement rapides.

Dans Abaqus, ces scénarios linéaires sont appelésanalyses de perturbations linéaireset ils peuvent tenir compte de l'état du modèle après une analyse non linéaire préalable. Par exemple, une extraction de fréquence précise peut être effectuée sur un pneu de voiture gonflé et en rotation. Les solveurs linéaires constituent la base des outils d'analyse d'ingénierie en fournissant des solutions efficaces aux questions relatives à la capacité de charge et à la rigidité. Ces outils sont souvent utilisés comme point de départ pour des analyses plus avancées telles que les analyses NVH (bruit, vibrations et rugosité) et les analyses de durabilité.

Lectures complémentaires>>Documentation Abaqus > Analyse > Procédures d'analyse > Introduction > Procédures générales et de perturbation

Lectures complémentaires>>Documentation Abaqus > Premiers pas avec Abaqus/CAE > Analyse multi-étapes > Analyse de perturbation linéaire > Étapes de perturbation linéaire

Techniques statiques et dynamiques linéaires

Abaqus contient des procédures utiles qui ne sont pas disponibles dansSimulation SOLIDWORKSDes méthodes telles que l'extraction de valeurs propres complexes, l'analyse dynamique en régime permanent par sous-espace et la résolution directe de la dynamique en régime permanent sont utilisées. L'extraction des valeurs propres complexes permet d'extraire (comme son nom l'indique) la composante complexe des problèmes de valeurs propres. Cette technique est couramment utilisée pour résoudre les problèmes de grincement de freins et autres problèmes acoustiques. Les analyses dynamiques en régime permanent fournissent l'amplitude et la phase en régime permanent de la réponse d'un système soumis à une excitation harmonique à une fréquence donnée. Les résultats de ces analyses, générés dans Abaqus, peuvent être utilisés pour des analyses de fatigue ou acoustiques ultérieures.

Lorsqu'on compare des outils logiciels, il est important de comprendre que ces outils peuvent utiliser différentes technologies sous-jacentes pour des procédures de résolution spécifiques. Par exemple, dans Abaqus, il y a plusieurs façons d'effectuer l'extraction de fréquences naturelles. Chacune de ces méthodes est conçue pour des situations spécifiques.

Types de procédures d'extraction de fréquence

LanzcosIl s'agit du solveur par défaut offrant les fonctionnalités les plus générales. Cette méthode est utilisée par le solveur de fréquence de SOLIDWORKS Simulation lorsque le solveur « FFEPlus » est sélectionné. Elle est considérée comme la plus lente des méthodes d'extraction de fréquence disponibles.

Sous-structuration automatique à plusieurs niveaux (AMS)L'accélération accrue est nécessaire pour les modèles complexes comportant de nombreux modes propres. Des performances incroyables ont été obtenues grâce à l'accélération du processeur graphique grâce à cette technique.

itération de sous-espaceIl s'agit de la vitesse accrue pour les modèles avec un faible nombre de modes propres demandés (moins de 20). Utilisée par le solveur de fréquence de SOLIDWORKS Simulation lorsqueespace directLe solveur est sélectionné.

Lectures complémentaires>>Documentation Abaqus > Analyse > Procédures d'analyse > Analyse dynamique des contraintes/déplacements > Extraction des fréquences naturelles

Solveurs implicites non linéaires dans Abaqus : prédiction précise de la complexité

Outre le domaine statique et dynamique linéaire, il existe des solutions capables de capturer des non-linéarités complexes telles que le contact, les grandes déformations et les matériaux (hyperélasticité, viscoélasticité, plasticité, etc.). Ces solutions sont disponibles dans le domaine implicite ou explicite et peuvent résoudre des problèmes non linéaires statiques et dynamiques.

Les méthodes implicites et explicites sont utilisées pour résoudre les équations aux dérivées partielles qui représentent des systèmes de physique complexe, comme la déformation d'une structure sous charge. La principale différence entre les deux méthodes est que la méthode implicite nécessite un calcul supplémentaire pour déterminer l'équilibre. Cette condition d'équilibre permet de réduire considérablement le nombre d'incréments nécessaires à la résolution du problème tout en préservant les non-linéarités ; cependant, des problèmes de non-convergence sont possibles. Un autre avantage des méthodes implicites d'Abaqus est leur compatibilité avec l'accélération GPU. Celui-ci permet d'améliorer significativement les performances de résolution dans Abaqus, pour un coût de licence supplémentaire très faible.

Abaqus et SOLIDWORKS Simulation offrent tous deux des fonctionnalités de calcul statique, dynamique et de transfert thermique dans leurs procédures de résolution implicites. Cependant, Abaqus offre des fonctionnalités supplémentaires liées aux contraintes statiques, à l'électromagnétisme de base, aux sols, à l'écoulement des fluides interstitiels et à la physique entièrement couplée. Ces solveurs permettent aux ingénieurs d'explorer plus en profondeur les phénomènes physiques complexes auxquels leurs produits peuvent être soumis. Par exemple, les contraintes statiques permettent d'observer le comportement post-flambement afin de mieux comprendre la réponse structurelle après le point de bifurcation. Ce serait impossible avec une procédure de résolution implicite traditionnelle.

Implicite statique (à gauche) vs Risques statiques (à droite)

Bien qu'Abaqus et SOLIDWORKS Simulation possèdent tous deux un solveur statique implicite, des différences subsistent quant à leur précision, leur convergence et leur vitesse. Par exemple, les développeurs d'Abaqus ont intégré des fonctionnalités avancées permettant de simuler efficacement les grandes déformations et les interactions de contact des matériaux non linéaires.

Solveur explicite dynamique dans Abaqus : quand la situation devient chaotique

La méthode explicite est utilisée pour les phénomènes physiques hautement non linéaires, là où la méthode implicite a du mal à converger. En l'absence de la vérification d'équilibre présente dans la méthode implicite, un nombre d'incréments beaucoup plus important est généralement nécessaire pour résoudre le problème étudié. Cette caractéristique essentielle permet aux utilisateurs de traiter des phénomènes extrêmement non linéaires tels que la mise en forme, l'impact, la rupture et la plasticité avec adoucissement, pour n'en nommer que quelques-uns. Le solveur explicite est également très efficace pour la parallélisation du problème, ce qui signifie qu'il s'adapte très bien à l'augmentation des ressources de calcul.

Techniques non linéaires/explicites

Abaqus/Explicit est une technologie fondamentale utilisée par de nombreux secteurs industriels pour comprendre les phénomènes transitoires, les phénomènes à haute énergie et les grandes déformations. Ce solveur est également un outil extrêmement utile pour les analyses quasi-statiques d'événements de longue durée/déplacement importants, difficiles à faire converger avec un solveur implicite. Outre cette technique de résolution essentielle, les utilisateurs peuvent facilement importer les résultats entre les codes implicite et explicite. Cela permet de simuler des phénomènes physiques mieux adaptés au solveur implicite, comme par exemple la précontrainte des boulons avant un impact, qui requiert le solveur explicite.

Un autre exemple serait la résolution d'un événement de formage dans le solveur explicite, puis son importation dans le solveur statique implicite pour calculer le retour élastique de la pièce. SOLIDWORKS Simulation intègre un solveur explicite pour cela.test de chuteCe type d'étude se limite aux scénarios d'impact par chute d'assemblages simples et à certaines propriétés de matériaux. Les collisions et autres impacts ne sont pas possibles.

Quel est votre niveau de contrôle ?

Lorsqu'on examine les différentes techniques de résolution disponibles, il convient également de considérer les différents niveaux d'interaction avec le solveur. Abaqus peut fournir des entrées sous forme de sous-programmes, modifiant les paramètres de résolution et appliquant différents types d'amortissement pour, lorsqu'il est utilisé correctement, faciliter la résolution de situations de convergence complexes. Bien que SOLIDWORKS donne accès à certains de ces contrôles avancés, leur portée est limitée. De plus, il est impossible d'ajouter des sous-programmes aux solveurs de SOLIDWORKS Simulation.

Lectures complémentaires>>Documentation Abaqus > Sous-programmes utilisateur > Index > Index des sous-programmes utilisateur

Conclusions

Abaqus se spécialise dans des techniques de résolution plus robustes et efficaces, permettant d'obtenir des solutions d'une précision et d'une efficacité optimales, ainsi que des modèles physiques de pointe. Lors de l'achat d'un outil analytique, il est important de tenir compte de vos objectifs d'analyse à court et à long terme. Au fur et à mesure que vos capacités d'analyse évoluent, Abaqus vous accompagne dans votre développement.

Consultez notre guide d'achat Abaqus ou Contactez l'un de nos experts en simulation GoEngineer pour trouver l'outil qui vous convient ! Si vous n'êtes pas encore prêt à utiliser Abaqus vous-même, vous pouvez tout de même profiter pleinement de ses avantages grâce àServices-conseils en analyse par éléments finis (FEA) de GoEngineer.

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