Brevet FR2969340A1 — publié le 20120622

PROCEDE DE GENERATION D'UN MODELE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS D'UN ENSEMBLE DE COMPOSANTS [0001] L'invention concerne la conception de pièces mécaniques en conception assistée par ordinateur, et en particulier la conception de pièces mécaniques devant faire l'objet de calculs d'éléments finis pour leur dimensionnement ou leur définition géométrique. [0002] Des normes d'essais de choc (crash test en langue anglaise) de plus en plus contraignantes doivent être respectées par les constructeurs automobiles. Un grand nombre de composants du véhicule participent en pratique aux propriétés du véhicules soumis à un essai de choc, notamment la déformation de l'habitacle ou la gravité des blessures lors d'un choc contre un piéton. La conception d'ensemble d'un véhicule en vue d'essais de choc est donc particulièrement complexe puisqu'elle intervient sur la conception de tous ces composants. Pour permettre de déterminer et d'améliorer très tôt les propriétés du véhicule lors d'un essai de choc, des simulations sont effectuées très précocement dans le processus de conception des composants. [0003] Ainsi, des modèles numériques de différents composants sont générés en conception assistée par ordinateur. Chaque modèle numérique prend en compte les spécificités géométriques du composant. Le modèle numérique du composant fait ensuite l'objet d'un maillage de points représentatifs. On attribue ensuite des propriétés physiques au modèle numérique (matériaux, épaisseurs...). Un certain nombre de calculs sont ensuite réalisés avec le maillage, par une méthode connue en soi de simulation par éléments finis. Un assemblage des modèles numériques de différents composants fait par exemple l'objet d'une simulation d'un choc pour anticiper la déformation du véhicule lors d'un essai de choc. [0004] De tels modèles numériques sont également fréquemment utilisés pour étudier le comportement vibratoire d'assemblages de composants, par exemple au niveau du groupe motopropulseur. L'optimisation du comportement vibratoire peut éviter des ruptures de pièces mécaniques ou atténuer une perception sonore ou vibratoire désagréable pour des usagers présents dans l'habitacle du véhicule. [0005] En fonction des résultats de la simulation, il s'avère fréquemment nécessaire de modifier le modèle numérique d'un ou plusieurs composants. L'étape de maillage du nouveau modèle numérique doit alors être réalisée à nouveau, ce qui alourdit sensiblement le processus de conception du véhicule. Comme il n'est pas possible de multiplier les itérations de simulation durant la conception du véhicule, la conception des composants mécaniques n'est pas aussi optimisée qu'elle pourrait l'être avec un délai de conception plus long. [0006] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé de génération d'un modèle de calcul par éléments finis d'un ensemble de composants mécaniques, comprenant les étapes de : [0007] -pour chaque modèle numérique d'un groupe de modèles numériques en conception assistée par ordinateur desdits composants mécaniques, déterminer l'existence d'un maillage pour calcul par éléments finis du modèle numérique et générer automatiquement un maillage du modèle numérique si une absence de maillage est déterminée; [0008] -à partir d'une base de données répertoriant le matériau constitutif respectif de chacun desdits composants mécaniques, attribuer automatiquement des propriétés mécaniques correspondant au matériau constitutif au maillage de chacun desdits modèles numériques. [0009] Selon une variante, le procédé comprend une étape dans laquelle, à partir d'une base de données répertoriant les épaisseurs respectives de composants mécaniques d'épaisseur constante et comportant des modèles numériques respectifs appartenant audit groupe de modèles numériques, on attribue automatiquement une épaisseur de matière auxdits maillages des modèles numériques de ces composants mécaniques d'épaisseur constante. [0010] Selon encore une variante, le procédé comprend en outre une étape d'identification de composants mécaniques d'épaisseur non constante, lesdits maillages automatiques des modèles numériques des composants mécaniques identifiés étant des maillages surfaciques, le procédé comprenant une étape additionnelle de récupération d'une définition d'un maillage dans l'épaisseur de ces composants mécaniques. [0011] Selon encore une autre variante, le procédé comprend des étapes de : [0012] -identification des maillages pour calcul par éléments finis, ces maillages étant dépourvus de modèles numériques disponibles des composants mécaniques correspondants ; [0013] -à partir d'une base de données répertoriant le matériau constitutif respectif de chacun de ces composants mécaniques, attribution automatique des propriétés mécaniques correspondant à leur matériau constitutif au maillage de chacun desdits modèles numériques identifiés. [0014] L'invention porte également sur un procédé de simulation par calcul d'éléments finis, comprenant : [0015] -un procédé de génération d'un modèle de calcul par éléments finis d'un ensemble de composants mécaniques tel que défini ci-dessus; [0016] -la simulation d'une réponse de l'ensemble desdits maillages à une sollicitation mécanique par un calcul par éléments finis. [0017] Selon une variante, la sollicitation mécanique est un choc appliqué aux maillages des pièces mécaniques. [0018] Selon une autre variante, la sollicitation mécanique est une excitation vibratoire appliquée aux maillages des pièces mécaniques. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0020] la figure 1 est une vue en perspective de modèles en conception assistée par ordinateur d'un ensemble de pièces mécaniques ; [0021] la figure 2 est une vue en perspective des modèles de la figure 1 auxquels des maillages ont été associés ; [0022] la figure 3 est un logigramme d'un exemple de procédé de génération de modèles de calcul par éléments finis ; [0023] la figure 4 est un exemple de contenu d'une base de données associée aux pièces mécaniques de la figure 1. [0024] La figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble de modèles numériques en conception assistée par ordinateur de pièces mécaniques d'un véhicule automobile. Les pièces mécaniques correspondantes appartiennent à un train avant 1 de véhicule automobile. [0025] La pièce 2 est une pièce massive et présentant une épaisseur non constante. Les pièces 3 à 8 sont formées de tôles embouties, chaque pièce 3 à 8 présentant une épaisseur constante. Les pièces 3 à 8 sont destinées à être soudées ensemble pour réaliser une pièce de forme complexe et rigide à partir de tôles. La pièce 2 est une fusée de roue destinée à être montée pivotante sur la pièce 6. Les modèles numériques illustrés à la figure 1 sont dépourvus de maillage de simulation par éléments finis. Le procédé qui va être décrit par la suite vise à générer automatiquement des maillages pour ces modèles numériques, comme illustrés à la figure 2. Les maillages générés sont destinés à définir des noeuds sur lesquels des déformations sont calculées par un calcul d'éléments finis en les soumettant à des sollicitations mécaniques, selon un procédé connu en soi. [0026] Lors d'une étape 100, des modèles numériques de différentes pièces mécaniques sont générés au moyen d'un système de conception assistée par ordinateur (par exemple le logiciel commercialisé sous la référence Catia). Des modèles numériques d'autres pièces mécaniques, munis de maillages déjà disponibles peuvent également être récupérés. Des maillages correspondant à des modèles numériques d'autres pièces mécaniques peuvent également être récupérés, même si ces modèles numériques sont eux-mêmes non disponibles (par exemple lorsque le modèle numérique a été développé par un fournisseur mais n'a pas été rendu accessible). Ces différents modèles numériques et maillages sont avantageusement stockés dans un même répertoire. On récupère également avantageusement un fichier synoptique, par exemple sous forme de fichier de tableur, le fichier synoptique formant une base de données listant et détaillant les différentes pièces mécaniques disposant d'un modèle numérique ou d'un maillage accessibles. Le fichier synoptique peut également constituer une base de données accessible listant le matériau constitutif de chaque pièce mécanique et/ou les propriétés géométriques de cette pièce mécanique. On rend accessible une base de données détaillant les propriétés physiques (par exemple le module d'élasticité, le coefficient de Poisson ou la densité) des matériaux constitutifs listés dans le fichier synoptique. [0027] Lors d'une étape 102, un dispositif de génération de modèles des pièces mécaniques prêts à être traités par éléments finis est exécuté sur un dispositif de calcul. L'étape 102 est répétée pour chacune des pièces mécaniques. Le dispositif de génération vérifie pour chacune des pièces mécaniques identifiées dans le fichier synoptique si un modèle numérique en conception assistée par ordinateur est disponible. Si le modèle numérique en conception assistée par ordinateur d'une pièce mécanique n'est pas disponible, le maillage de ce modèle numérique est par contre disponible, et le procédé passe à l'étape 112. Si le modèle numérique en conception assistée par ordinateur d'une pièce mécanique est disponible, le procédé passe à l'étape 104. [0028] Lors de l'étape 104, le dispositif de génération vérifie la disponibilité d'un maillage associé au modèle numérique en conception assistée par ordinateur. Si un tel maillage est disponible, le procédé passe à l'étape 112. Si le modèle numérique en conception assistée par ordinateur n'est pas associé à un maillage, le procédé passe à l'étape 106. [0029] Lors de l'étape 106, le modèle numérique de la pièce mécanique fait l'objet d'un maillage automatique de façon connue en soi, optimisé en vue de réaliser des calculs par éléments finis. Des méthodes de maillage automatique d'un modèle numérique en conception assistée par ordinateur sont connues en soi et ne seront pas détaillées davantage. Des paramètres de génération de maillage automatique pourront être définis au préalable par un utilisateur ou en fonction de paramètres géométriques de la pièce mécanique, afin de définir par exemple la densité du maillage. Le maillage automatique est avantageusement ménagé en surface du modèle numérique de la pièce mécanique. [0030] Lors d'une étape 108, on détermine si la pièce mécanique est une pièce massive ou présente des disparités d'épaisseur, par exemple à partir des informations contenues dans le fichier synoptique. Si tel est le cas, le procédé passe à l'étape 110. Si la pièce mécanique présente une épaisseur constante, le maillage en surface du modèle numérique de la pièce mécanique est conservé et le procédé passe à l'étape 112. [0031] Lors d'une étape 110, on propose à l'utilisateur de compléter le maillage dans l'épaisseur de la pièce mécanique afin de tenir compte des disparités d'épaisseur ou de l'importance de l'épaisseur de la pièce mécanique. [0032] Lors d'une étape 112, le maillage est associé au modèle numérique en conception assistée par ordinateur lorsque celui-ci est disponible. On réalise ensuite un fichier d'analyse par éléments finis à partir du maillage de la pièce mécanique, de sorte que ce fichier puisse être traité par un logiciel d'analyse par éléments finis. La génération du fichier d'analyse par éléments finis est par exemple réalisée par un module du logiciel d'analyse par éléments finis. Le procédé passe ensuite à l'étape 114. [0033] Lors de l'étape 114, on détermine le matériau constitutif de la pièce mécanique. A partir de la base de données des matériaux disponibles, le dispositif de génération récupère automatiquement les propriétés mécaniques du matériau constitutif. Les propriétés mécaniques du matériau constitutif récupérées sont introduites dans le fichier d'analyse par éléments finis, afin de pouvoir tenir compte de ces propriétés mécaniques lors du calcul par éléments finis. Le procédé passe alors à l'étape 116. [0034] Lors de l'étape 116, on détermine si la pièce mécanique est une pièce massive ou présente des disparités d'épaisseur, par exemple à partir des informations contenues dans le fichier synoptique. Si tel est le cas, le maillage dans l'épaisseur de la pièce est disponible dans le fichier d'analyse suite à l'étape 110, et le procédé passe à l'étape 120. Si la pièce mécanique présente une épaisseur constante, le procédé passe à l'étape 118. [0035] A l'étape 118, le dispositif de génération récupère automatiquement l'épaisseur de la pièce mécanique dans le fichier synoptique. L'épaisseur de la pièce mécanique est intégrée dans le fichier d'analyse par éléments finis, afin de prendre en compte la géométrie de cette pièce mécanique lors du calcul par éléments finis. Le procédé passe alors à l'étape 120. La direction et le sens selon lequel la matière de la pièce mécanique s'étend par rapport au maillage peuvent également être intégrés dans le fichier d'analyse. La direction peut par exemple être une direction dans un référentiel orthonormé, ou une direction définie par rapport à la surface sur lequel le maillage est défini, par exemple une normale à cette surface. [0036] Lors de l'étape 120, on détermine s'il reste des pièces mécaniques pour lesquelles un fichier d'analyse par éléments finis n'a pas encore été généré. S'il reste des pièces mécaniques pour lesquelles le fichier d'analyse par éléments finis n'est pas disponible, le procédé reprend à l'étape 102 pour une de ces pièces mécaniques. Si les fichiers d'analyse sont disponibles pour l'ensemble des pièces mécaniques, le procédé passe à l'étape 122. Les maillages correspondant aux différentes pièces mécaniques peuvent être liés automatiquement en tenant compte de paramètres de liaison des pièces, définis par exemple dans le fichier synoptique. Les fichiers d'analyse générés peuvent être sauvegardés dans une base de données afin de pouvoir être réutilisés pour un éventuel autre projet de développement. [0037] A l'étape 122, on réalise une simulation par éléments finis des fichiers d'analyse des différentes pièces mécaniques. La simulation comprend notamment le calcul d'une réponse de l'ensemble desdits maillages à une sollicitation mécanique par un calcul par éléments finis. La sollicitation peut correspondre à un choc appliqué aux maillages en vue de déterminer une déformation de l'ensemble des pièces mécaniques lors d'un essai de choc. La sollicitation peut également correspondre à une excitation vibratoire appliquée aux maillages en vue de déterminer les amplitudes des vibrations dans différentes zones de l'ensemble des pièces mécaniques. Les maillages mémorisés dans les fichiers d'analyse peuvent être utilisés pour réaliser différents types de calculs par éléments finis. [0038] L'invention permet ainsi d'optimiser le temps nécessaire pour réaliser une simulation par éléments finis d'un ensemble de pièces mécaniques. Cette optimisation est d'autant plus avantageuse que le nombre de pièces mécaniques prises en compte dans la simulation est important. On peut ainsi réaliser un plus grand nombre de modifications de la conception des pièces mécaniques et tester ces conceptions en éléments finis afin d'optimiser la réponse de l'ensemble de ces pièces mécaniques à des sollicitations mécaniques. L'invention permet en outre de bénéficier d'une définition homogène des maillages associés des pièces mécaniques. [0039] A une étape ultérieure, les pièces mécaniques conformes aux modèles numériques en conception assistée par ordinateur peuvent être réalisées, et être intégrées par exemple dans un véhicule automobile. [0040] La figure 4 illustre un exemple de tableau contenu dans un fichier synoptique utilisable dans le cadre de l'invention. Le tableau comprend quatre colonnes. La colonne libellée DES contient une désignation des différentes pièces mécaniques devant faire l'objet d'une simulation en éléments finis. La colonne libellée EP identifie une épaisseur de matière pour les pièces mécaniques présentant une épaisseur constante. La colonne libellée MAT identifie le matériau constitutif des pièces mécaniques. La colonne libellée SMA identifie la direction et le sens selon lequel la matière s'étend depuis le maillage pour des pièces mécaniques d'épaisseur constante. REVENDICATIONS1. Procédé de génération, à l'aide d'un dispositif de génération de modèles exécuté sur un dispositif de calcul, d'un modèle de calcul par éléments finis d'un ensemble de composants mécaniques, comprenant les étapes de : - pour chaque modèle numérique d'un groupe de modèles numériques en conception assistée par ordinateur desdits composants mécaniques, le dispositif de génération détermine (102) l'existence d'un maillage pour calcul par éléments finis du modèle numérique et génére automatiquement (106) un maillage du modèle numérique si une absence de maillage est déterminée; - à partir d'une base de données répertoriant le matériau constitutif respectif de chacun desdits composants mécaniques, le dispositif de génération attribue automatiquement (114) des propriétés mécaniques correspondant au matériau constitutif au maillage de chacun desdits modèles numériques. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape dans laquelle, à partir d'une base de données répertoriant les épaisseurs respectives de composants mécaniques d'épaisseur constante et comportant des modèles numériques respectifs appartenant audit groupe de modèles numériques, on attribue automatiquement (118) une épaisseur de matière auxdits maillages des modèles numériques de ces composants mécaniques d'épaisseur constante. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une étape d'identification (108) de composants mécaniques d'épaisseur non constante, lesdits maillages automatiques des modèles numériques des composants mécaniques identifiés étant des maillages surfaciques, le procédé comprenant une étape additionnelle de récupération d'une définition d'un maillage dans l'épaisseur de ces composants mécaniques. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des étapes de : - identification (102) des maillages pour calcul par éléments finis, ces maillages étant dépourvus de modèles numériques disponibles des composants mécaniques correspondants ; - à partir d'une base de données répertoriant le matériau constitutif respectif de chacun de ces composants mécaniques, attribution automatique (114) des propriétés mécaniques correspondant à leur matériau constitutif au maillage de chacun desdits modèles numériques identifiés. 5. Procédé de simulation par calcul d'éléments finis, comprenant : 10-un procédé de génération d'un modèle de calcul par éléments finis d'un ensemble de composants mécaniques selon l'une quelconque des revendications précédentes ; -la simulation (122) d'une réponse de l'ensemble desdits maillages à une 5 sollicitation mécanique par un calcul par éléments finis. 6. Procédé de simulation par calcul d'éléments finis selon la revendication 5, dans lequel la sollicitation mécanique est un choc appliqué aux maillages des pièces mécaniques. 7. Procédé de simulation par calcul d'éléments finis selon la revendication 5, dans lequel la sollicitation mécanique est une excitation vibratoire appliquée aux maillages des pièces mécaniques.