En avant vers l’industrie du futur avec la SIMULATION MULTIPHYSIQUE

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Qu’est-ce que c’est ?

La simulation multiphysique permet de modéliser, dès la phase de conception, des systèmes complexes faisant appel à différents domaines physiques. Cette modélisation permet d’évaluer les interactions entre les différentes composantes et de prédire le comportement multi-domaines des systèmes mécatroniques. La simulation multiphysique s’appuie sur des modèles analytiques éprouvés qui garantissent la qualité de prédiction.

L’élaboration des modèles, ainsi que l’exploitation et l’analyse des données extraites de ce type d’outil nécessitent l’accompagnement et l’expérience d’ingénieurs expérimentés en conception de systèmes mécatroniques complexes. Chez HYNOXELIS, nous travaillons avec le logiciel de simulation Simcenter Amesim de SIEMENS.

A quoi ça sert ?

La simulation multiphysique aide à optimiser la performance globale des systèmes. Elle permet aux équipes techniques de réaliser les bons choix de composants et de dimensionnement au plus tôt dans le processus de conception. Elle permet aussi d’anticiper les défauts, de concevoir des systèmes performants, fiables, aux dimensionnements optimisés sans attendre les essais et les prototypes réels.

C’est un outil d’étalonnage qui conforte une conception réussie et optimisée techniquement et financièrement tout en réduisant les délais et les coûts de développement.

Dans beaucoup de cas, le recours au prototypage numérique induit une réduction du nombre de prototypes réels et des temps de mise au point. Des économies substantielles sont donc à la clé.

Elle offre également la possibilité d’évaluer le rendement énergétique d’un système complexe dès la phase de conception. Elle peut être un élément d’aide à la décision dans les choix d’éco-conception.

En résumé, la simulation multiphysique permet dès le commencement du développement d’un système mécatronique complexe, d’analyser, concevoir ou valider :

• le comportement et la robustesse du système,
• le dimensionnement et le choix des sous-systèmes et des organes,
• le rendement global du système mécatronique et l’impact de chaque sous-système sur ce rendement global,
• la stratégie d’électrification d’un système,
• la consommation énergétique et les stratégies d’optimisation,
• les comportements vibratoires,
• les lois de commande nécessaires au pilotage du système.

Quels sont les domaines d’applications ?

Les domaines d’applications de la simulation multiphysique sont nombreux. Elle est particulièrement adaptée pour développer de nouvelles fonctions sur les machines industrielles, les équipements pour la marine ou les engins mobiles. Le prototypage numérique est indiqué pour traiter les enjeux majeurs de l’électrification/hybridation des équipements de manutention, de travaux publics ou du secteur agricole.

La simulation multiphysique est également utilisée dans les secteurs de la propulsion ou de la conception de moteur, le naval, l’aérospatial, l’automobile.

Comment ça marche ?

Dès lors que l’architecture de conception générale d’un système mécatronique est établie, il est possible de réaliser une modélisation numérique.

Etape 1 : Créer un modèle de simulation

On crée dans le logiciel un système global composé d’éléments (ou organes) liés entre eux sous la forme d’un graphe de liaisons, autrement appelé « Bond Graph ». Ainsi, les éléments interagissent par les échanges de flux d’efforts entre eux. Chacun de ces éléments comporte un jeu d’équation régissant son comportement (loi physique qui définit des relations entre flux et effort).

Le logiciel propose des bibliothèques prédéfinies de composants, organisées par domaines physiques ou technologiques : l’hydraulique, la mécanique, la thermique, l’électricité, et le traitement du signal. Les composants sont décrits en utilisant des modèles analytiques validés et éprouvés qui représentent le comportement réel des objets quelle que soit leur nature (mécanique, hydraulique, électrique, pneumatique, etc).

À noter également que l’outil de simulation multiphysique s’interface facilement avec d’autres outils de conception : outil de CAO, calcul par éléments finis ou de dynamique des fluides, logiciels de calcul et de programmation, etc. L’intégration est relativement rapide et permet de réaliser des couplages élargis : par exemple associer piloter un système hydraulique modélisé avec Simcenter Amesim avec des lois de commande programmées sous MATLAB.

Cette approche permet de créer rapidement des modèles de systèmes complexes couvrant plusieurs domaines physiques et de simuler les comportements des systèmes intelligents avant que la géométrie détaillée ne soit disponible.

Etape 2 : Analyser les données et identifier les pistes d’améliorations de conception

Le comportement des composants ou du système sont observables par le biais des grandeurs physiques qui les caractérisent :  efforts, moments, vitesses et accélérations pour des éléments mécaniques par exemple.

Ces données peuvent prendre la forme de graphiques et de tracés, qui facilitent l’évaluation du comportement dans le temps.

Des animations 3D, directement associées aux résultats de la simulation, permettent également de visualiser le comportement d’un système de façon réaliste.

Comme précisé plus haut dans l’article, l’exploitation et l’analyse des données extraites d’une simulation multiphysique nécessite l’accompagnement d’ingénieurs généralistes expérimentés dans la conception de systèmes mécatroniques complexes, maîtrisant les interactions entre les composantes mécaniques, pneumatiques ou hydrauliques, électriques et informatiques. Chez HYNOXELIS, nous avons fait le choix de développer intensément ces compétences. Nous partageons également régulièrement au sein d’une communauté d’experts.

En conclusion

Vous avez besoin d’accélérer sur le développement d’une nouvelle fonction pour atteindre vos objectifs ou bien relever un défi technique sur une fonction ou une machine à reconcevoir ?

N’hésitez plus ! Testez le prototypage numérique et faites appel à un partenaire externe de confiance. HYNOXELIS vous accompagnera avec enthousiasme dans vos futurs développements de systèmes. CONFIDENTIALITE GARANTIE

Le plus : HYNOXELIS est accrédité CIR et CII.