Essais & Simulations n°113

Essais

Essais et Modelisation Événement - Nafems Les difficultés de modélisation des assemblages à l’honneur Le 30 mai prochain se déroulera au Novotel de Noisy-le-Grand (Val-de-Marne) un important séminaire organisé par le Nafems (Association for the Engineering Modelling, Analysis and Simulation Community). Ce nouvel événement portera sur la modélisation et la simulation des assemblages. Il aura pour but de présenter un état de l’art dans le domaine et de mettre en avant les solutions développées à ce jour à travers des retours d’expérience industriels. Une centaine de personnes. C’est le nombre de participants attendus pour ce nouvel événement organisé par l’association Nafems France ; « un nombre idéal qui permet d’inscrire ce rendez-vous parmi les rendez-vous importants dans le domaine du calcul et de la simulation, tout en donnant la possibilité d’entretenir des échanges très fructueux, notamment durant le déjeuner, lequel se présente volontairement sous la forme d’un buffet », souligne François Costes, président du Nafems. Ce séminaire abritera naturellement un cycle de conférences (représentant une douzaine de présentations techniques) chargées d’éclairer les participants sur le sujet de la modélisation et la simulation des assemblages. Celles-ci ont également pour objectif de donner, à travers des exemples industriels concrets, un aperçu des problèmes traités et des solutions numériques disponibles sur le marché. Ce séminaire sera l’occasion de mettre en avant les meilleures avancées dans ce domaine de la simulation, celles dont l’application industrielle, la maturité et l’impact devraient rapidement et efficacement répondre aux besoins et attentes des ingénieurs d’études et des entreprises. Parallèlement au cycle de conférences, un espace d’exposition abritant une dizaine d’entreprises et d’acteurs du marché permettra aux visiteurs de rencontrer les « offreurs de technologies ». Concernant le public attendu, « il s’agit avant tout de personnes très concernées par le sujet et animées d’une forte motivation, ce qui rend ces échanges particulièrement riches ». Près de la totalité d’entre elles sont issues du monde industriel, en particulier des bureaux d’études. Toutes exercent des activités de simulation afin de valider des modèles numériques et définir des plans d’expérience physique. Une prise en compte des liaisons vitale pour la structure des produits Les aspects rencontrés en assemblage constituent un défi pour de nombreux ingénieurs et pour les industries, mais aussi pour les codes de calcul, leurs utilisateurs et les fournisseurs de solutions de simulation numérique. Les assemblages, qu’ils soient boulonnés, soudés, collés, rivetés, sertis ou clipsés sont omniprésents dans tous les produits. Ainsi, les liaisons doivent non seulement contribuer à l’intégrité des structures mais également résister aux sollicitations mises en œuvre lors des procédés de fabrication, d’assemblage ou de test. Leur prise en compte est dès lors vitale dans toutes les phases de développement, de vérification, de validation et d’optimisation des structures, leur qualité contrôlant bien souvent la robustesses des produits. Or les difficultés vont bon train. Elles concernent notamment la nature des liaisons, les procédés de mise en œuvre, les contacts et les frottements, le thermique, les phénomènes de non-linéarité, la fatigue sans oublier la rupture et le respect des contraintes règlementaires. À titre d’exemple, Didier Turlier, président du prochain séminaire et responsable du service calculs chez Lohr Industrie, rencontre des problématiques similaires dans le domaine du ferroviaire. « Ce secteur utilise de nombreuses structures mécano-soudées et a la particularité d’être soumis à des exploitations particulièrement longues, de l’ordre Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 36

Essais et Modelisation de trente ans en moyenne. Autre défi pour nous : le transport de véhicules encombrants et à forte charge. La tenue en fatigue et dans le temps figure donc parmi les principales problématiques de nos métiers ». C’est pourquoi au sein de Lohr Industrie, on a mis au point une méthodologie des matrices afin d’appréhender la tenue en fatigue des assemblages soudés et d’optimiser ainsi le process. « Il s’agit d’une approche qui prend en compte différents aspects comme le coût et le délais nécessaires sur une structure complète, précise Didier Turlier; Cela permet d’obtenir une analyse détaillée de chaque cordon de liaison des pièces de structure. Auparavant, on supposait que chaque liaison était parfaite. Ce n’est plus le cas aujourd’hui. Une phase de modélisation détaillée et la préparation des modèles à partir de la CAO sont devenues des étapes incontournables ». Évoquer tous les moyens d’assemblage Ainsi, dès que l’on parle de fatigue, le détail compte. Il faut donc connaître parfaitement le cordon et externaliser les flux de fatigue. L’objectif est aussi d’idéaliser le cordon, c’est-à-dire obtenir un modèle simplifié. De ce fait, a été développée une approche dans le but de simplifier les assemblages boulonnés afin d’isoler les zones à risques. Mais il n’y a pas que les éléments soudés. Sont également concernés les assemblages collés, riftés, clipsés et frettés. Ces aspects seront naturellement largement traités au cours de ce séminaire tout comme un thème de plus en plus en vogue : celui de l’approche au niveau de la conception robuste. Les échanges mettront ainsi en lumière les évolutions en matière de variabilité des paramètres pour réaliser des plans d’expérience et connaître parfaitement les performances des systèmes, allant du couple au coefficient de frottement etc., dans le but de valider les assemblages. Incontournable, le « virtual testing » fera également l’objet d’une attention toute particulière. Compte tenu du caractère international des secteurs abordés, certains articles sont écrits et publiés en anglais. New fea shell element model for seam weld static and fatigue structural assessment The innovative approach consists of a new weld seam representation using an inclined shell element for the weld joint structural analysis. The shell seam mesh is connected to the sheet solids using FEA glue connectors which do not provide any additional rigidity in the assembly. This special weld element enables to assess the weld throat strength for static load or fatigue load. For static, equivalent stress according to Eurocode 3, or other standard, may be displayed at each weld element along the seam length. For fatigue, the structural stress approach uses linearized stress distribution over the throat thickness, which is well suited to the shell element use. This method has been verified first by calculating the resulting loads throughout the throat thickness, then by comparing the stiffness of the assembly obtained from either a fine solid fem model or a coarse shell model. The approach is validated. It correlates test results when the fatigue crack initiation direction is in the weld leg section. Extensive testing is performed in collaboration with Institut de Soudure. Samples are based on asymmetric fillet weld T assemblies with several plates and weld throat thickness, different penetration depths and with two types of loading which lead to the bending of the weld. Root cracks occur either though the throat, but not in the weld leg section, or through the base plate thickness. In those cases, the established structural stress criterion is not appropriate and two improvements are proposed. First, when weld leg sizes are unbalanced or when shear stress in the leg section is high, the structural stress is evaluated by scanning all the throat sections in order to reach the maximum normal stress value. Secondly, when both the weld and the flange plate are subject to bending, the root crack may propagate through the flange plate. The stress distribution is biaxial and the two normal stresses are combined. The resultant stress gives conservative result. LOHR uses NX from SIEMENS PLM Software as CAD and CAE pre/post solutions. Automation toolboxes have been developed that help the model preparation process based on a CAD solid representation of the weld. The programs create the weld toe contour and the weld element to sheet metal element connections. The automation is a necessity in order to avoid the tedious manual meshing process. The CAD associative feature helps for iterative analyses because the FEA model is updated when the design is changed. The industrial application of the method is demonstrated by a complete car carrier trailer structural analysis. FEA post processing tools have been developed to allow a global structure display with seam weld specific results. Didier Turlier, Patrice Klein, Laurent De Noni, DidierLawrjaniec >> Retrouver la totalité de l’article sur le site www.mesures-et-tests.com Olivier Guillon Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 37