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PLATEFORME DE SIMULATION POUR LE CALCUL DE STRUCTURES

Plusieurs secteurs font face au défi important de produire des pièces critiques où un niveau élevé de sécurité est combiné à des performances élevées et à une évaluation robuste de la durée de vie. Il devient essentiel de prédire avec précision l'état contrainte-déformation du composant chargé, de modéliser les processus d’endommagement et d'estimer l'amorçage et la propagation des fissures de fatigue.

Challenges

Quelles sont vos problématiques ? En quoi la simulation peut vous aider ?

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PRODUIRE DES COMPOSANTS DE HAUTE QUALITÉ

Ce domaine englobe diverses problématiques liées à la mécanique des structures, soutenant la conception de composants industriels, optimisant le rapport poids/performance et facilitant la production tout en minimisant les déchets.

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ACCÉLÉRER LES DÉLAI DE MISE SUR LE MARCHÉ

L'objectif est de visualiser le maillage de surface de la fissure et les fronts de fissure correspondants, de passer en revue les profils de croissance de la fissure en fonction du nombre de cycles de fatigue, et de tracer les mesures énergétiques ou les facteurs d'intensité de contrainte le long du front de fissure.

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RÉDUIRE LES COÛTS DE PRODUCTION

Z-set permet la simulation de matériaux innovants et remplace les tests réels de composants, réduisant ainsi les coûts et le temps tout en facilitant une exploration de design optimal.

RÉSOLUTION DE PROBLÈMES MÉCANIQUES DE STRUCTURES NON LINÉAIRES

Le solveur d'éléments finis Zébulon aborde un large éventail de problèmes rencontrés en mécanique structurelle. Zébulon gère efficacement les problèmes statiques implicites et dynamiques transitoires tout en servant également de solveur d'analyse modale.
Les non-linéarités découlant des modèles matériaux, des transformations finies ou du frottement de contact sont gérées de manière efficace grâce à une gamme complète de solveurs non linéaires. Ces solveurs offrent un contrôle complet sur les paramètres de convergence physique et numérique.
Pour aborder des modèles multiphysiques plus complexes, Zébulon dispose également de capacités de couplage avec des logiciels externes, intégrant par exemple des logiciels de flux de fluides ou de rayonnement.

En savoir plus

Simulation d'un assemblage boulonné

PRÉDIRE PRÉCISÉMENT L’INITIATION ET LA CINÉTIQUE DE PROPAGATION DES FISSURES

 

Simulation de la propagation de fissures d'un panneau raidi

  • L'utilisation de l'outil Z-cracks permet de profiter d'un cadre générique et efficace pour l'analyse des fissures 3D, englobant à la fois le calcul du facteur d'intensité de contrainte de fissure statique et les simulations de propagation en mode mixte. Z-cracks réduit considérablement le nombre d'heures de travail nécessaires pour analyser divers scénarios d'initiation de fissures.
    Caractéristiques et fonctionnalités de l'interface graphique de Z-cracks pour les simulations de fracture :
    • Visualisation et analyse du maillage de surface de fissure et des fronts de fissure associés.
    • Visualisation du domaine remaillé fissuré initial et des fronts de fissure associés.
    • Examen des profils de croissance des fissures liés au numéro de cycle de fatigue.
    • Traçage des valeurs de libération d'énergie ou des facteurs d'intensité de contrainte le long de fronts de fissures spécifiés.
    • Affichage d'un tracé de courbe 3D du front de fissure spécifié lors de la simulation de propagation de fissure.
 

ESTIMER LA DURÉE DE VIE DU COMPOSANT

L'utilisation de la modélisation par éléments finis en 3D incluant les équations constitutives réalistes peut aider à déterminer plus précisément les distributions de contraintes et de déformations à l'intérieur du composant. Ces équations, adaptées aux résultats expérimentaux, peuvent prendre en compte la viscoplasticité cyclique, le durcissement, le fluage, le vieillissement et d'autres phénomènes mécaniques. Par la suite, des modèles d’endommagement incorporant l'interaction fluage-fatigue servent de post-processeurs dans l'analyse par éléments finis pour localiser les sites potentiels de défaillance initiale et estimer la durée de vie du composant.

Pour améliorer la prévisibilité des chaînes de simulation de durée de vie, il est donc nécessaire de prendre en compte ce phénomène d'évolu dans le modèle constitutif du comportement du matériau. D'autre part, des procédures expérimentales approfondies doivent être proposées et utilisées pour calibrer ces modèles matériaux.

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Outils de post-traitement avancés

 

Industries concernées

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Z-SET POUR L'AÉRONAUTIQUE

Z-set est un outil clé dans l'industrie aérospatiale pour garantir la qualité de pièces critiques, telles que des composants de moteur ou de boîte de vitesses, exposées à des gradients thermiques ou mécaniques cycliques élevés impliquant la fatigue, le fluage et la propagation de fissures.

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Z-SET POUR L'AUTOMOBILE

Z-set est utilisé par les principaux producteurs du monde entier pour améliorer la durée de vie des composants moteur. Il est employé à diverses fins, telles que la prédiction des contraintes résiduelles dans la culasse d'un moteur à combustion interne ou l'intégration des phénomènes de vieillissement dans le modèle constitutif des culasses en aluminium du moteur.

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Z-SET POUR LES MACHINES LOURDES

La modélisation mécanique des composants en fonte grise est une tâche difficile, en particulier lorsqu'ils sont soumis à des conditions de chargement thermomécanique non isothermes. La bibliothèque Z-mat propose une gamme de modèles qui tiennent compte des déformations élasto-plastiques et des processus de fluage dépendant du temps.

Etude de Cas Airbus Helicopters

Challenge

Gérer la propagation de fissures de fatigue dans les composants de boîte de vitesses de haute puissance des hélicoptères soumis à des traitements thermo-chimiques spécifiques et tournant à des vitesses élevées.

Solution

Mise en œuvre de simulations avec le module Z-cracks tout au long du cycle de vie du produit pour prédire et gérer l'amorçage des fissures, assurant la sécurité, la fiabilité et définissant des intervalles d'inspection efficaces pour ces composants critiques.

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Témoignage

"Le logiciel Z-cracks, avec son processus de remaillage automatique incrémental adaptatif, sa capacité à gérer la propagation et la coalescence de multiples fissures, le contact au niveau des lèvres des fissures et la prise en compte du gradient des propriétés matériau dans la loi de propagation des fissures, représente l'état de l'art des outils de simulation de fissures en 3D.
Chez Airbus Helicopters, Z-cracks est considéré comme le meilleur compromis, capable de traiter la propagation complète des fissures à l'échelle des composants industriels, tout en maîtrisant les coûts de calculs. Il est devenu un outil standard pour l'évaluation de la sécurité et la prédiction de la durée de vie résiduelle dans les composants critiques des boîtes de vitesses d'hélicoptères."
Pierre  DEPOUHON, ETITA - Expert Drive System Advanced Simulation, France