Impact de SOLIDWORKS du début à la fin

Qu'arrive-t-il lorsque votre produit (ou ses composants) entre en collision avec d'autres éléments, avec le sol ou avec un objet volant ? Les conséquences sont importantes pour la qualité et la sécurité. C'est pourquoi les tests virtuels (analyse par éléments finis d'impact, ou FEA) constituent une étape cruciale du processus d'ingénierie. Pour réaliser ce type d'analyse sophistiquée, vous avez besoin d'un logiciel FEA adapté à la complexité de votre produit et à votre budget. Cet article passe en revue les différents logiciels FEA disponibles. SOLIDWORKS Un écosystème axé sur le cas d'utilisation de la simulation d'impact, afin que vous puissiez mieux comprendre vos options et faire le bon choix.

Qu'arrive-t-il en cas d'impact ?

Commençons par la théorie de la génération des ondes élastiques. Lorsqu'un objet subit un impact, une onde élastique se propage à travers sa géométrie, à partir du point d'impact, comme les vagues créées par la projection d'une pierre dans l'eau. La masse et la rigidité sont deux propriétés du matériau constituant l'objet impacté, qui influencent la vitesse et la fréquence de l'onde élastique générée (comme illustré dans l'animation ci-dessous). Trois logiciels de simulation différents montrent que la propagation de l'onde élastique à travers le diapason impactant est sensiblement identique, car la distribution de masse et la rigidité sont les mêmes dans les trois simulations.

Essai de chute SOLIDWORKS, dynamique non linéaire SOLIDWORKS et analyse Abaqus

En résumé, lorsqu'il s'agit d'un événement vibratoire comme une analyse d'impact, la masse et sa répartition, ainsi que la rigidité du matériau constituant le dispositif soumis à l'impact, vont jouer un rôle essentiel dans la création et la propagation de toute onde élastique à travers la structure.

Comprendre l'interaction entre ces deux propriétés est essentiel pour comprendre les impacts et les résultats fournis par le logiciel de simulation utilisé. Prenons par exemple le modèle le plus simple possible pour l'étude des vibrations : le système masse-ressort à un degré de liberté (1 DOF). Dans ce modèle, toute la masse est supposée être concentrée dans le bloc et toute la rigidité dans le ressort. La compréhension de cette simulation nous permettra de mieux saisir les impacts réels. L'animation ci-dessous illustre l'impact d'une barre contre un mur et montre comment une série de modèles à 1 DOF peut nous aider à comprendre la propagation de l'onde élastique dans la barre.

Maintenant que nous avons une idée de ce qui se passe lors d'un impact, comparons les programmes qui peuvent être utilisés pour analyser ces impacts.

Comparaison des outils d'impact de SOLIDWORKS Simulation

Lors de l'examen des différents logiciels de simulation et de leur approche de l'analyse d'impact, nous commencerons par le bas de l'échelle et progresserons jusqu'au sommet.

Impact de l'utilisation de SOLIDWORKS SimulationXpress

SOLIDWORKS SimulationXpress Cet outil ne fonctionne que sur des pièces monoblocs et ne permet pas d'effectuer directement d'analyses d'impact. Linéaire, il ne peut appliquer qu'une force constante. De ce fait, il permet uniquement d'estimer l'impact sur une pièce monobloc et d'analyser sa rigidité en flexion. Pour estimer cette rigidité, l'utilisateur peut utiliser la force appliquée et le déplacement mesuré par SimulationXpress afin de calculer la rigidité de la pièce à l'aide de la formule suivante.

Rigidité (k) = Force (F) / Déplacement (d)

Avec cette formule et une feuille de calcul Excel, nous pouvons considérer notre diapason comme un oscillateur à 1 degré de liberté (DOF) et estimer la force nécessaire pour déplacer le diapason de la quantité correcte, et ainsi, arriver à la contrainte correcte et à l'emplacement de la contrainte maximale après un impact de ce diapason.

Les principaux inconvénients de SimulationXpress sont son incapacité à simuler des pièces ou des assemblages multicorps et sa limitation à l'application de forces et de pressions. Les options de modélisation par éléments finis sont également restreintes. En résumé, SOLIDWORKS SimulationXpress permet d'obtenir une estimation approximative des déplacements, des amplitudes de contrainte et des zones de contrainte maximale suite à un impact. Cependant, l'acquisition d'un logiciel plus performant offre des possibilités bien plus étendues, comme vous le constaterez.

Impact de l'utilisation de SOLIDWORKS Standard Simulation

Si vous avez accès à Norme de simulation SOLIDWORKSAvec SOLIDWORKS Motion, vous pouvez effectuer des simulations de mouvement et des simulations statiques linéaires. Commençons par l'analyse du mouvement. SOLIDWORKS Motion permet de résoudre la cinématique d'un corps rigide : le diapason est lâché sans se déformer. Étant donné sa rigidité, il est impossible de déterminer les contraintes et les déformations. En revanche, on peut déterminer d'autres variables, comme la force d'impact maximale et le temps de chute depuis une hauteur donnée. Ces renseignements nous permettront d'évaluer plus précisément les contraintes lors des simulations plus poussées que nous effectuerons sur ce diapason.

Dans les analyses statiques linéaires, il est possible d'intégrer certaines non-linéarités à la simulation, comme les non-linéarités de contact et géométriques dues aux grands déplacements. Cependant, les non-linéarités matérielles et certaines non-linéarités géométriques demeurent limitées. Ainsi, cette analyse statique permet de déterminer les contraintes, les déplacements, les déformations, les rigidités, etc., mais seulement jusqu'à la limite d'élasticité du matériau.

Cela permettra au concepteur de localiser la contrainte maximale et de déterminer si celle-ci dépasse la limite élastique du matériau. Le cas échéant, des modifications géométriques devront être apportées afin de ramener la contrainte maximale en dessous de cette limite. L'analyse statique linéaire de SOLIDWORKS vous permet d'effectuer autant de modifications et de simulations que nécessaire pour optimiser votre conception et éviter ainsi que la limite d'élasticité ne soit atteinte à l'impact, peu importe l'endroit.

Impact de l'utilisation de SOLIDWORKS Simulation Professional

L'analyse des tests de chute est un outil inclus avec SOLIDWORKS Simulation professionnelle, et grâce à lui, vous pouvez simuler la chute ou le lancer d'objets, comme ce diapason, soit d'une hauteur spécifique, soit à une vitesse spécifique lorsque l'objet touche le sol ou une autre surface rigide.

Le test de chute est un solveur non linéaire à pas de temps qui simule les conditions d'impact réelles. Grâce à ce test, on peut laisser tomber le diapason comme lors de l'analyse de mouvement et observer sa déformation due à l'impact et à l'onde élastique qui se propage ensuite dans la structure. Vous pouvez également visualiser la contrainte maximale sans ajouter de charges ou utiliser de feuilles de calcul, contrairement à ce qui se faisait avec SimulationXpress.

SOLIDWORKS Drop Test permet de simuler le mouvement d'un corps rigide et de visualiser physiquement la chute (comme avec SOLIDWORKS Motion), tout en tenant compte de la déformation (comme avec SOLIDWORKS Linear Static). Vous bénéficiez ainsi des avantages des deux logiciels, avec une configuration simplifiée pour obtenir des résultats. Le principal inconvénient de ce type d'analyse est sa forte consommation de ressources de calcul, ce qui peut entraîner une utilisation prolongée de l'ordinateur. C'est pourquoi il est généralement recommandé d'utiliser uniquement des modèles très simplifiés pour un test de chute. Pour les modèles plus complexes, des logiciels plus sophistiqués, correctement configurés, permettent d'effectuer des analyses de qualité supérieure dans un temps similaire.

Impact de l'utilisation de SOLIDWORKS Simulation Premium

Le prochain niveau supérieur est SOLIDWORKS Simulation Premium, qui comprend trois outils d'analyse d'impact différents ; deux d'entre eux appartiennent à la catégorie « Dynamique linéaire », soit l'analyse modale temporelle et l'analyse spectrale de réponse. Contrairement à SOLIDWORKS Linear Static, Linear Dynamics est véritablement et complètement linéaire. Toute simulation réalisée avec ces outils peut se dérouler sans contact entre les pièces ni déplacement important. Cependant, comme on fait des compromis tous Grâce à nos capacités non linéaires, les calculs sont ultra-rapides.

Analyse de l'historique temporel modal dans Simulation SOLIDWORKS Ce logiciel vous permet d'étudier l'impact d'un événement vibratoire sur votre conception au fil du temps. Il calcule les contraintes, les déplacements, les déformations, les accélérations et autres paramètres directement à partir de données temporelles. Pour réaliser cette analyse dans le cadre d'un scénario d'impact où le contact ne peut être modélisé directement, vous pouvez combiner une étude de chute avec une analyse modale temporelle. Un modèle CAO simplifié peut d'abord être analysé lors de l'étude de chute afin d'estimer les forces d'impact. Ces forces sont ensuite appliquées au modèle CAO complet dans le cadre d'une analyse modale temporelle. Ce flux de travail permet de saisir des détails géométriques précis sans complexifier excessivement la simulation.

Une autre option de dynamique linéaire pour les chargements d'impact est l'analyse du spectre de réponse. La principale différence est que l'analyse modale temporelle utilise des données d'entrée temporelles, tandis que l'analyse du spectre de réponse nécessite la conversion de ces données en un spectre de réponse aux chocs basé sur la fréquence. L'avantage de l'analyse du spectre de réponse est qu'elle se concentre sur les valeurs maximales sur une période donnée, ce qui produit souvent des résultats plus clairs et moins bruyants qu'une courbe modale temporelle complète.

Ces deux approches permettent de prédire plus rapidement et plus efficacement les contraintes, les déplacements et les accélérations lors d'un impact qu'un essai de chute traditionnel. Elles prennent également en charge l'amortissement, ce qui contribue à réduire les comportements chaotiques, une option indisponible dans les études par essai de chute.

L'option non linéaire, qui permet également de résoudre ce problème dans SOLIDWORKS Simulation Premium, est appelée dynamique non linéaire. Cette option permet d'appliquer une vitesse initiale au diapason égale à sa vitesse d'impact au sol après sa chute. Le contact avec le sol, ainsi que toutes les autres non-linéarités, sont pris en compte dans cette simulation. Elle permet de visualiser les contraintes au-delà de la limite d'élasticité dans la zone plastique et les grandes déformations, ainsi que l'onde élastique se propageant dans le matériau du diapason. Le principal inconvénient d'une analyse d'impact par dynamique non linéaire est sa durée de calcul importante et sa forte consommation de ressources, notamment avec des fichiers de résultats volumineux occupant un espace disque conséquent. En raison de cela, il est généralement recommandé d'utiliser l'analyse non linéaire uniquement lorsque la simulation présente un trop grand nombre de non-linéarités pour être gérée par les simulations décrites précédemment dans cet article. Par exemple, si vous devez déterminer ce qui se passe au-delà de la limite d'élasticité d'un matériau, l'analyse non linéaire est indispensable.

Impact de l'utilisation d'Abaqus ou de 3DEXPERIENCE STRUCTURAL

Alors que nous abordons le summum des logiciels d'analyse par éléments finis mécaniques, au-delà même des capacités de SOLIDWORKS Premium, examinons Abaqus et… 3DEXPÉRIENCE STRUCTURALE Les outils de simulation (qui utilisent Abaqus comme solveur à l'interne) offrent des fonctionnalités encore plus étendues pour obtenir des résultats précis lors d'une analyse d'impact. Parmi ces fonctionnalités, on retrouve notamment la possibilité de simuler l'impact sur un assemblage ou un produit complet : un nombre quelconque de pièces connectées, entrant en collision et se séparant, de tout matériau, avec un comportement simulé avec précision.

Premièrement, il y a Abaqus’L'option de contact général permet, en quelques clics, d'activer la détection automatique des contacts pour l'ensemble du modèle, calculée à chaque incrément au cours de l'analyse. Plutôt que d'anticiper et de configurer chaque interaction potentielle de paires de contacts avant l'analyse, ce qui peut s'avérer très long (et imprécis) avec n'importe quel logiciel d'éléments finis, Abaqus gère tout cela pour l'utilisateur.3DEXPÉRIENCE.

Abaqus dispose également d'une modélisation des matériaux extrêmement robuste, modélisant avec précision les matériaux après la limite d'élasticité, subissant des dommages progressifs, un comportement hyperélastique, les dépendances temporelles et thermiques, et d'autres complexités.

Les solveurs Abaqus s'adaptent parfaitement au calcul parallèle, exploitant efficacement jusqu'à plusieurs centaines de cœurs de processeur. Un service de calcul en nuage officiel est même disponible à l'achat pour tous les clients. C'est pourquoi il est possible de simuler l'impact d'une voiture entière contre un poteau avec Abaqus (contrairement à SOLIDWORKS Simulation).

De plus, Abaqus offre des fonctionnalités supplémentaires pour ses éléments. Parmi celles-ci, le maillage hexaédrique permet une modélisation plus précise des comportements à haute fréquence que le maillage tétraédrique de SOLIDWORKS Simulation. Abaqus offre aussi la possibilité de simuler les dommages et la destruction de ses éléments. Si un élément se brise ou se déchire lors d'un impact, ce logiciel de haut niveau est capable de le reproduire.

Clairement, si l'objet que vous simulez frappe à une vitesse extrêmement élevée, comme une balle, ou même à une vitesse aussi lente qu'une rondelle de hockey frappant du plexiglas, vous aurez besoin d'Abaqus pour le simuler.

En résumé, la compréhension du comportement des structures face aux impacts repose sur une combinaison de principes fondamentaux et d'outils de simulation avancés. Qu'il s'agisse des logiciels SOLIDWORKS Simulation ou du logiciel d'analyse par éléments finis Abaqus Unified, l'objectif est de prédire et d'atténuer avec précision les effets complexes des impacts sur les conceptions destinées à être commercialisées. Ces outils et méthodes garantissent des conceptions plus sûres et plus résistantes, un objectif que tout concepteur et ingénieur souhaite atteindre.

Que vous souhaitiez vous initier à la simulation ou aider vos ingénieurs à atteindre leur plein potentiel, l'équipe de GoEngineer est prête à collaborer avec vous.Contactez notre équipe pour en savoir plus.

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