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Essais & Simulations n° 135

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Mieux faire dialoguer les bureaux d’études et les départements d’essais

Essais

Essais et modélisation capables de fournir une puissance suffisante pour gérer des cœurs de simulation ; ces deniers nécessitent en effets une ou deux fois plus de puissance de traitement que la technologie traditionnelle. Le Cnes et Spacebel se sont déjà penchés sur les technologies essentielles que sont la réutilisation des modèles d’étude et la possibilité de reconfigurer les simulateurs (Basiles), la portabilité des modèles (SMP2) et la fédération de plusieurs simulateurs utilisant HLA. ● Olivier Guillon Analyse structurelle GOCE © EADS Astrium / Mathias Pikelj / 2008 Exploration d’un niveau intermédiaire de modélisation structurelle avion À l’occasion de la Conférence biennale de Nafems France, Julien Rodes, ingénieur chez Airbus, interviendra sur le thème de l’exploration d’un niveau intermédiaire de modélisation structurelle avion. Cette intervention mettra en lumière la mise au point d’une approche intermédiaire destinée à résoudre les problèmes liés à l’intégration des modèles détaillés (DFEM) vers des modèles plus grossiers (GFEM). Dans un contexte de multiplication et complexification des analyses structurales pour les avions, un niveau de modélisation intermédiaire est évalué. En effet, dans l’aéronautique, il existe de multiples niveaux de modélisation allant d’une représentation simplifiée à base d’éléments 1D et d’éléments 2D de très grandes taille (Global Finite Element Model) à des modèles très détaillés pouvant aller jusqu’à la représentation des fixations (Detailed Finite Element Model ). Les modèles détaillés (DFEM) doivent être intégrés aux modèles plus grossier (GFEM) afin d’avoir des conditions limites représentatives. Cette intégration est généralement complexe et engendre des zones non exploitables. Ainsi, une approche intermédiaire est développée et testée. Dans un premier temps, le contexte et le concept seront présentés, ensuite la création du modèle sera expliquée. Puis une analyse des résultats sera présentée et les perspectives seront évoquées avant une conclusion. Contexte et concept La simulation numérique est de plus en plus présente dans l’ensemble de la vie avion. Historiquement des modèles très simplifiés comportant énormément d’hypothèses permettent d’appréhender le comportement structural. De plus en plus des modélisations très détaillées intégrées dans ces modèles globaux sont développées afin d’appréhender les phénomènes locaux comme la fatigue, mais aussi l’instabilité et les non linéarités. 16I ESSAIS & SIMULATIONS • N°135 • novembre 2018

Essais et modélisation Afin de permettre d’améliorer toute la chaine de calcul, un niveau de modélisation intermédiaire est étudié. Il consiste à représenter l’ensemble des pièces structurales de façon grossière connectées entre elles via des relations de collage. Une partie importante de l’avion est modélisée et intégrée au modèle GFEM via une matrice de raideur et des efforts d’interface. Ce niveau de modélisation permettrait de capter beaucoup plus de phénomènes locaux dès la phase de définition détaillée et ainsi limiter les besoins de recours à des modèles très détaillés. De plus, il permettrait de servir d’hôte beaucoup plus efficace pour les études détaillées nécessaires lors des phases de certification. En effet, le remplacement des pièces est quasi immédiat et permet une grande souplesse dans l’utilisation. Création du modèle Un modèle éléments finis très détaillé existait déjà dans la zone de test de la modélisation. Il a été décidé de repartir de ce modèle et d’augmenter la taille de maille. Ainsi la structure globale de l’organisation du modèle est conservée et l’ensemble des pièces est remplacé. Les conditions limites et le chargement ont étés adaptés à ce changement de niveau de modélisation. Le chargement envisagé dans un premier temps est un chargement de pressurisation cabine. Pour cela, le logiciel Hyperworks (Ref [2]) a été utilisé. La fibre neutre est reconstruite à partir du maillage existant. La géométrie est ensuite simplifiée (suppression des lignes de découpes) et adaptée à un maillage grossier créé automatiquement à partir de la géométrie simplifiée. Ensuite un script externe Excel VBA est utilisé pour réaffecter les propriétés existantes ainsi que les surfaces de collage entre pièces. Au fur et à mesure de l’analyse des résultats, il est apparu que le maillage au niveau des zones de collage est primordial. Il faut ainsi en tenir compte pour la création des maillages. Changement de niveau de modélisation sur une pièce de structure La modélisation des pièces simples a été largement automatisée. Pour les pièces plus complexes, cela nécessite une préparation non automatisée supplémentaire (panneaux de grandes dimensions). Intégration du niveau de modélisation intermédiaire dans un modèle GFEM Le logiciel Abaqus a été choisi notamment pour ces capacités de gestion des modèles via un système de Part/Instance (Ref [1]) qui permet d’avoir une organisation proche de celle utilisée par le design et ainsi effectuer un rapprochement design/calcul. Cela facilite aussi la gestion de la numérotation des nœuds et des éléments ainsi que la mise à jour du modèle aussi bien d’un point de vue évolution de design qu’évolution de modélisation. En effet, les surfaces d’interaction avec les autres pièces et pour le chargement sont directement définies dans la pièce, ce qui permet de travailler en « plug and play » et d’éviter de couteuses phases d’intégration. Pièce simple et pièce complexe à automatiser Des étapes intermédiaires de validation de la modélisation sont réalisées notamment grâce à des analyses modales. Elles permettent de valider numériquement les pièces dans un premier temps puis de valider le comportement en raideur. Des différences sont observées et doivent être comprises avant de passer aux étapes suivantes. Le premier modèle développé représente la pointe avant de l’A350XWB. Un modèle représentant le fuselage central de l’A350XWB est en cours de réalisation. Ce second modèle n’est pas plus complexe mais contient beaucoup plus de pièces. Il nécessite donc plus de travail. ESSAIS & SIMULATIONS • N°135 • novembre 2018 I17

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