Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Franck POURROY : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’hydraulique et de mécanique de Grenoble - Docteur de l’Institut national polytechnique de Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
L‘activité de conception est un processus complexe de création. Elle consiste à élaborer un produit ou un système conformément aux exigences d’un client, et dans le respect de certaines règles ou normes, ce qui revient à borner le domaine de création du produit. Elle se doit en outre de garantir la rentabilité financière de l’entreprise.
L’élaboration d’un cahier des charges fonctionnel (CdCF) permet d’appréhender la complexité du projet par une structuration en fonctions et contraintes auxquelles sont associés des critères d’appréciation, en précisant leur niveau et leur flexibilité. Certaines de ces fonctions et contraintes vont plus particulièrement nous intéresser ici. Ce sont celles qui font référence au comportement méca-nique, thermique, électrique ou électromagnétique du produit. Mais qu’elles aient été ou non formulées dans un CdCF, ces fonctions et contraintes à caractère comportemental sont présentes dans tout projet et il est nécessaire de disposer d’outils et de méthodes pour concevoir un produit capable de les satisfaire.
En ce qui concerne le comportement mécanique du produit, l’ingénieur ou le concepteur dispose d’un large éventail de méthodes dont notamment :
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les méthodes basées sur des connaissances « métiers » telles que des abaques, lois empiriques, banques de données, etc. ;
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les méthodes de calcul simplifiées telles que la résistance des matériaux ;
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les méthodes de calcul plus élaborées, généralement supportées par l’outil informatique, la méthode des éléments finis (MEF) étant la plus largement utilisée ;
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les méthodes d’optimisation.
La mise en œuvre et l’utilisation pertinentes de ces méthodes, et plus particulièrement de la méthode des éléments finis, sont discutées dans cet article. L’enjeu est de taille puisque dans un contexte industriel fortement concurrentiel, il s’agit de :
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réduire les coûts (optimisation des formes et des volumes de matière, choix des matériaux, diminution du nombre de prototypes, etc.) ;
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réduire les délais (limiter le nombre d’itérations dans le processus de conception, proposer directement des solutions viables du point de vue comportemental, mieux cibler les essais, etc.) ;
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améliorer la qualité (assurer le respect des différentes fonctions et contraintes en termes de fiabilité, confort, ergonomie...).
Le champ d’application des méthodes aux éléments finis est très vaste. Elles ont prouvé leur efficacité dans le cas de problèmes simples comme pour des calculs de grande complexité. Ce champ couvre toutes les applications de la mécanique des structures (statique linéaire, plasticité, flambage, matériaux composites, dynamique, chocs, frottements...), mais aussi de la mécanique des fluides, de la rhéologie, des échanges thermiques, des calculs électromagné-tiques, etc.
Dans l’article, il est fait principalement référence aux problèmes de mécanique des structures mais les réflexions menées sont en grande partie transposables aux autres domaines de la physique.
L’article A 5 090 intitulé « Cahier des charges fonctionnel » apporte une information approfondie sur ce sujet [5].
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VERSIONS
- Version courante de oct. 2019 par Franck POURROY
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La simulation numérique dans l’entreprise4. Conclusion
Dans un contexte industriel très concurrentiel, les techniques et outils de simulation numérique aux éléments finis constituent donc des alliés précieux pour l’ingénieur en charge de la conception d’un produit ou d’un système. Toutefois, pour prétendre à une certaine efficacité dans leur utilisation, il convient de bien prendre en compte un certain nombre de points.
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Une des clés de la réussite d’une simulation est de garder en permanence un œil critique sur le travail réalisé. Il est donc indispensable de confier la mise en œuvre de ces simulations à des personnes suffisamment qualifiées, qui n’utiliseront pas les logiciels comme des « boîtes noires ». Cela nécessite une formation adaptée aux méthodes, aux outils et aux démarches de mise en œuvre d’une simulation. Cela implique également une pratique régulière de cette activité.
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À défaut d’avoir toujours le matériel informatique, les logiciels ou les qualifications parfaitement adaptés aux objectifs de simulation, il convient de bien ajuster le besoin aux moyens disponibles. Il faut aussi savoir composer avec le contexte de développement du produit qui impose des délais ou des niveaux de précision. La mise en œuvre d’une simulation doit donc être initiée par une réflexion soignée sur la formulation du besoin. Cela permet bien souvent d’éviter de déboucher sur un échec (décalage entre le besoin et les résultats de la simulation).
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L’analyse des résultats se déroule à la lumière des différentes hypothèses inhérentes à la construction du modèle mécanique, puis de simulation. Cela permet d’évaluer un niveau de confiance dans ces résultats et de répondre ainsi au besoin plus objectivement.
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L’utilisation de simulation à tous les stades de la conception du produit conduit à une multiplicité de modèles. Ceux-ci sont relatifs aux diverses spécifications et aux étapes successives de la définition du produit. Certaines tendances industrielles observées consistent à contourner le problème en développant un modèle unique et très sophistiqué que l’on fait évoluer au cours de la conception. Cette solution pragmatique conduit à des manipulations de modèles et à des calculs très lourds. Il est sans doute...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COOK (D.C.), MALKUS (D.S.), PLESHA (M.E.) - Concepts and applications of finite element analysis. - 1989, John Wiley & Sons.
-
(2) - TROMPETTE (P.) - Mécanique des structures par la méthode des éléments finis - statique et dynamique, - 1992, Masson.
-
(3) - BATOZ (J.L.) - Modélisation des structures par éléments finis. - 3 volumes, 1990, Hermès.
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(4) - Conception de produits mécaniques, méthodes, modèles et outils, - sous la direction de M. Tollenaere, 1998, Hermès.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Sites Internet
* - Les mots-clés listés ci-dessous sont destinés à faciliter l’accès aux principaux sites Internet consacrés aux logiciels aux éléments finis et à la méthode des éléments finis en général :
* - finite elements ;FEA (finite elements analysis) ;FEM (finite elements method) ;CAE (computer aided engineering) ;structural analysis ;engineering software.
* - Les adresses suivantes fournissent des informations utiles ainsi que des liens vers les principaux logiciels du commerce : http://www.comco.com http://www.engr.usask.ca/~macphed/finite/ fe_resources/fe_resources.html
HAUT DE PAGE
L’offre commerciale de logiciels aux éléments finis est importante et variée. Aussi est-il difficile d’en dresser une liste exhaustive. Ces produits ne sont pas tous équivalents. On peut citer les caractéristiques suivantes :
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les domaines d’application couverts (par exemple mécanique des structures, mécanique des fluides, thermique, électromagnétique...) ;
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les capacités du logiciel dans le domaine couvert (par exemple structures poutres, planes, volumiques, problèmes non linéaires, statique, dynamique...) ;
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la qualité...
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