Simulation numérique | Themomécanique

La simulation thermomécanique est un outil puissant pour comprendre et prédire le comportement des matériaux et des systèmes soumis à des charges thermiques et mécaniques. Elle offre des avantages importants en termes de conception optimisée, de prévention des défaillances, de réduction des coûts et du temps de développement, ainsi que de compréhension des phénomènes physiques. Il est ainsi possible d’identifier les zones critiques aux températures réelles d’utilisation, d’optimiser l’exploitation ou la maintenance, de mieux cibler les tests physiques, de substituer les matériaux, de refondre le design, de limiter les modifications post-réalisation. La solution va se construire avec les itérations qui reproduiront numériquement le comportement thermomécanique du produit.

La simulation thermomécanique peut être utilisée sur l’ensemble du cycle de vie du produit et notamment :

Comment les matériaux se déforment et se comportent sous des conditions de température et de contrainte spécifiques. La simulation est également un atout pour développer de nouveaux matériaux plus performants, recyclés, recyclables etc.

Pour concevoir des structures légères et résistantes capables de supporter les températures élevées rencontrées en milieu extrême.

La simulation thermomécanique permet d’identifier les zones susceptibles de subir des déformations excessives, des contraintes critiques ou des températures élevées. Connaitre les défaillances potentielles, permet de mettre en œuvre les mesures préventives et les plans de maintenance.

La simulation thermomécanique permet également d’étudier les phénomènes transitoires, tels que les changements de température rapides ou les processus de refroidissement ou de chauffage finement et en s’affranchissant de contraintes physiques variantes.

Nos équipes sont prêtes à vous apporter un soutien technique précieux pour vos projets de conception de systèmes de refroidissement ou pour anticiper les réactions des matériaux face aux variations de température soudaines. Dotés d’une solide expertise en lois de comportement mécanique et en propriétés des matériaux, y compris les milieux complexes, nos ingénieurs spécialisés vous guideront avec assurance. Notre engagement englobe :

L’évaluation des performances du comportement de vos produits dans leurs conditions d’utilisations et optimiser leur tenue en substituant les matériaux, en ajoutant un revêtement et en améliorant la géométrie (par exemple en optimisant les canaux de refroidissement).
Le couplage des résultats de l’analyse thermique avec l’étude mécanique (unidirectionnelle ou bidirectionnelle) voire avec une étude d’interaction fluides-structures (FSI) ou une analyse CFD.
La prise en compte de tous les types des transferts thermiques : conduction, convection naturelle ou forcée, rayonnement mais aussi des phénomènes tels que changements de phase ou dépôts d’énergie.

Le choix des outils est systématiquement réalisé en concertation avec vos équipes afin de leur permettre de réinternaliser les modèles s’ils le souhaitent. Les principaux outils utilisés sont :

pour sa capacité à réaliser des analyses thermomécaniques avancées. Il offre une large gamme de fonctionnalités pour modéliser et résoudre les problèmes de transfert de chaleur, de déformation et de contrainte.

Car il permet de modéliser les interactions thermiques et mécaniques, les non-linéarités, les contacts, etc.

Pour ses capacités avancées d’analyse et ses modèles de matériaux avancés

Pour ses capacités avancées pour les analyses thermomécaniques notamment pour modéliser et résoudre les problèmes de transfert de chaleur, de déformation et de contrainte dans une grande variété d’applications.

Standard qui se concentre sur les analyses mécaniques et thermomécaniques. Il permet de résoudre des problèmes complexes impliquant des matériaux non linéaires, des contacts, des déformations importantes, etc.

SOLIDWORKS Simulation offre des fonctionnalités pour réaliser des analyses thermomécaniques, y compris le transfert de chaleur, la déformation structurale et la réponse thermique des assemblages.

qui permet de résoudre des problèmes couplés thermomécaniques avec ses modules dédiés aux transferts thermiques, à la mécanique des structures etc.

Afin de garantir des réponses pertinentes, nos équipes vous fournissent un soutien actif en vous guidant dans la démarche : de l’identification des besoins initiaux à la mise en œuvre, assurant ainsi une solution adaptée à chaque étape de votre projet.

La validation du modèle numérique représentatif du système réel que vous souhaitez étudier. En prenant en compte les propriétés thermiques et mécaniques appropriées du matériau, ainsi que les interactions entre les différentes parties du système voire en choisissant les analogies acceptables
La définition des conditions limites telles que les conditions de température, les contraintes appliquées, les forces externes, etc.
La création du modèle discrétisé : Un maillage adéquat est essentiel pour obtenir des résultats précis, tout en gardant des tailles de modèles et temps de calcul facilement exploitables.
La corrélation des données matériaux, validation expérimentale, supervision des tests physiques et modèle numérique.
L’analyse et interprétation des résultats avec l’équipe projet pour valider les options ou définir les itérations complémentaires à envisager.

Exemples de réalisation :

Dans l’industrie nucléaire, la simulation thermomécanique est vitale pour garantir la sûreté des équipements sous des contraintes extrêmes. Par exemple, lors de la conception d’un réacteur, les normes telles qu’ASME, RCC-M, RCC-MRx sont suivies pour évaluer les effets thermomécaniques sur les cuves sous haute pression. Les codes nucléaires couvrent les soudures et les structures. Les simulations aident à prédire les déformations, les contraintes et les défaillances potentielles, assurant la fiabilité et la sécurité conformément aux normes rigoureuses comme EN-13445.

La simulation thermomécanique est essentielle dans le domaine de la medtech, notamment pour le développement de prothèses orthopédiques. Par exemple, lors de la conception d’une prothèse de hanche, les simulations permettent d’évaluer les contraintes mécaniques et les changements de température auxquels la prothèse est soumise pendant les mouvements du patient. Ces analyses aident à optimiser la géométrie, les matériaux et les procédés de fabrication, garantissant ainsi la durabilité, la compatibilité biologique et la performance à long terme de la prothèse.

La simulation thermomécanique est cruciale dans la conception de batteries pour la mobilité électrique. Par exemple, lors du développement d’une nouvelle batterie pour véhicules électriques, les simulations permettent d’analyser les variations de température et les contraintes mécaniques auxquelles la batterie est exposée pendant la charge, la décharge et la conduite. Cette analyse aide à optimiser la disposition des cellules, à choisir les matériaux appropriés et à concevoir un système de refroidissement efficace. Ainsi, la simulation thermomécanique contribue à améliorer la sécurité, la durabilité et les performances globales des véhicules électriques.

La simulation thermomécanique joue un rôle crucial dans le domaine des énergies renouvelables, notamment pour le dimensionnement et la vérification de l’intégrité des échangeurs de chaleur à sel fondu utilisés dans les panneaux solaires à concentration. Un exemple concret est le projet Noor à Ouarzazate, Maroc, où ces échangeurs de chaleur sont employés. Les simulations permettent d’analyser les contraintes, déformations et températures auxquelles les échangeurs sont soumis pendant le fonctionnement. Cette approche aide à optimiser leur conception, à assurer leur résistance et à garantir une meilleure performance des installations solaires, contribuant ainsi à l’efficacité globale du système.

Dans l’horlogerie de pointe, la simulation thermomécanique joue un rôle crucial. Par exemple, lors de la conception d’une montre automatique de luxe, les simulations aident à évaluer les déformations et les contraintes subies par les composants, tels que les engrenages et les balanciers, sous diverses températures. En intégrant des matériaux innovants et des paramètres de conception précis, la simulation assure la performance chronométrique et la durabilité, garantissant ainsi la qualité et la précision des montres de haute horlogerie, qui doivent fonctionner avec excellence malgré les variations environnementales.

Dans les équipements sportifs soumis à de fortes variations de température, la simulation thermomécanique est cruciale. Par exemple, dans la conception de skis de haute performance, les simulations évaluent les effets des températures changeantes sur les matériaux composites. En intégrant les données météorologiques locales, les simulations permettent de prévoir les déformations potentielles des skis et d’optimiser leur construction pour maintenir une stabilité optimale tout en garantissant des performances exceptionnelles, offrant aux athlètes une expérience de glisse optimale quelle que soit la météo.

Dans l’industrie aérospatiale, la simulation thermomécanique est essentielle. Par exemple, lors de la conception d’un moteur de fusée, les simulations évaluent les contraintes et les déformations dues aux températures extrêmes pendant le vol. En respectant des normes telles que les directives de l’ESA, les simulations guident la conception des matériaux et des structures, assurant la fiabilité et la sécurité. Ainsi, la simulation thermomécanique joue un rôle crucial dans la réalisation de technologies spatiales avancées capables de résister aux conditions rigoureuses de l’environnement spatial.