Dimensionnement en fatigue par simulation - Exemple d’application

Pour répondre aux défis de l’industrie du futur, le dimensionnement des composants mécaniques soumis à des sollicitations cycliques et multiples passe impérativement par une bonne connaissance et une maîtrise de tous les modes de défaillances, ainsi que des mécanismes associés. Les mécanismes de chargement et leurs combinaisons (thermiques, mécaniques, en phase, en contre phase), les propriétés des matériaux et les procédés de fabrication (contraintes résiduelles, porosités) constituent quelques exemples. Afin de pallier la complexité de la prise en compte de tels phénomènes, le dimensionnement de ces composants reposait sur des marges de sécurité confortables.

Avec le progrès des outils de simulation et des techniques d’essai des dernières décennies, l’optimisation de la conception et des performances des pièces mécaniques représente une forte demande du marché. Le développement des moteurs à combustion interne, avec une réduction significative du nombre d’itérations pour fiabiliser ses différents composants, représente un exemple concret de l’apport de la simulation numérique. Des composants comme la culasse ou le piston nécessitent plusieurs itérations d’essais avant que l’on obtienne un fonctionnement optimal.

En raison de la tendance à l’augmentation des sollicitations issues des conditions opératoires, entre autres considérations, le mécanisme de fatigue est aujourd’hui considéré comme le principal mode de défaillance. La complexité des mécanismes de fatigue a encouragé les industriels à utiliser des méthodologies de simulation modernes dès les premières phases du développement.

Pour l’ensemble de cet article, un exemple de développement récent d’une nouvelle famille de moteurs à combustion interne, et particulièrement sa culasse, a été utilisé.