Essais & Simulations n°114

Essais

Essais et Modelisation Compte rendu Séminaire NAFEMS France « Modélisation et Simulation des Assemblages» Nafems a consacré son dernier séminaire à la modélisation et à la simulation des assemblages. A en croire la participation record du 30 mai dernier, au Novotel de Noisy-le-Grand (Val-de-Marne), plus de cent-cinquante participants venant de plus de cent sociétés de tous secteurs, le sujet est d’actualité pour un grand nombre d’industriels et d’universitaires. Le président de séance, Didier Turlier, responsable du Service calcul et simulation numérique chez Lohr Étude expérimentale et modélisation du comportement d’assemblages Industrie a ouvert le séminaire en résumant sous forme de grille synthétique l’ensemble des questions relatives aux assemblages. Quel type de liaison : boulons, vis, rivets, collage, soudure, sertissage ? Pour quelle application : résistance mécanique, comportement dynamique, fatigue, procédé de fabrication ? Avec quelle finalité : conception robuste, maîtrise des risques, savoir-faire…? Quelles physiques entrent en jeu : mécanique, thermique, métallurgie… ? À quelle échelle étudier la liaison : globale, d’ensemble, macroscopique, microscopique ? Quel type de modèle utiliser : connecteur linéaire, non-linéaire, super élément, modèle 3D… ? Quelle méthode de validation adopter : comparaison avec les modèles 3D, corrélation essais/simulation ? Autant de questions qui ont trouvé des éléments de réponse dans les exposés qui ont suivi. Plusieurs exemples d’applications industrielles opérationnelles ont été présentées au cours de la journée mais également de nombreux projets de recherche, preuve qu’il reste encore dans ce domaine beaucoup de sujets à investiguer. Quel modèle pour quelle liaison ? Lohr Industrie a présenté deux modèles d’idéalisation des assemblages développés dans le cadre de l’analyse MEF en éléments coque des structures de ses véhicules lourds : le premier pour les assemblages boulonnés et le second pour les soudures continues. Ce dernier modèle a fait l’objet de vérification et de validation avec l’Institut de Soudure et est désormais cité dans la nouvelle recommandation IIW. La mise en œuvre des modèles développés a été automatisée dans l’environnement CAO/IAO et appliquée en vraie grandeur notamment pour l’étude d’un portique porte-voiture soumis à des sollicitations quasi-statiques lors d’un freinage d’urgence. L’Onera a développé des « super-éléments finis », de fixation et de plaque perforée, pour modéliser les assemblages rivetés en calcul de structures afin de prédire la rupture des assemblages rivetés dans les modèles numériques de structures aéronautiques complètes soumises à l’impact (e.g crash, amerrissage avion). EADS innovation Works et l’Inria LJK, ont exposé une méthode d’enrichissement fonctionnel des maquettes numériques purement géométriques pour la transformation automatique de liaisons boulonnées. Les tests réalisés ont montré des réductions de temps de préparation de cinq jours à un peu plus d’une heure pour un cas type d’assemblage. Quelle échelle ? Une des difficultés majeures de la simulation des assemblages réside dans la multiplicité des échelles à prendre en compte. L’ENS Cachan Essais & Simulations • JUIN 2013 • PAGE 22

Essais et Modelisation a exposé une stratégie multi-modèles pour le dimensionnement des assemblages boulonnés dans le domaine aéronautique et spatial : échelle globale pour déterminer rapidement des ordres de grandeur, échelle d’ensemble pour prévoir le comportement de l’assemblage, échelle macroscopique pour mener des études paramétrées précises. Il est parfois nécessaire d’aller dans un niveau de détail de modélisation beaucoup plus fin. C’est le cas par exemple d’Areva TN International qui a modélisé de façon détaillée les vis de fermeture de des emballages servant au transport et à l’entreposage de matières radioactives : prise en compte de la précontrainte, formulation des éléments, finesse de maillage, frottement, congé soustête… afin de garantir la tenue mécanique et le maintien de l’étanchéité de ces emballages. Prise en compte des procédés de fabrication Les liaisons qui caractérisent les assemblages doivent non seulement © Institut Pascal et NAFEMS contribuer à l’intégrité des structures mais également résister aux sollicitations mises en œuvre lors des procédés de fabrication, d’assemblage ou de tests. C’est ainsi que PSA Peugeot-Citroën a mis en œuvre un nouveau module de simulation du sertissage par roulage des ouvrants qui vient compléter sa filière numérique de simulation des procédés déjà en place allant de la découpe des flans avant l’emboutissage à l’assemblage des sous-ensembles automobiles. Ce module est utilisé à chaque nouvelle conception afin de déterminer le meilleur couple produit/process sans effectuer de lourdes campagnes d’essais prototypes et/ou plans d’actions contraignants. Corrélation calculs/essais Dans ce domaine, qui fait encore l’objet de nombreux travaux de recherche, encore plus que dans tout autre, il est fondamental de corréler les résultats de calculs avec les résultats expérimentaux et les essais physiques. Ce point a été largement abordé dans la quasi-totalité des présentations et reste une préoccupation constante. Citons à titre d’exemple l’approche de corrélation essais-calculs pour l’assemblage de structures de grandes dimensions présentée par le pôle Ingénierie des Assemblages (IDA) du Cetim, illustrée par deux exemples : liaisons collées cloisons/coque et ponts (exemple Béneteau) et liaisons hybrides boulonnées / collées (exemple Airbus). Les modèles de comportement ainsi validés ont ensuite vocation à être introduits dans des outils analytiques à destination des industriels. Et si la Tour Eiffel avait été construite en 2013… Et pour conclure la journée, la table ronde a été l’occasion pour les participants de soulever un certain nombre de questions qui restent encore ouvertes : … ? Les assemblages sont souvent des zones difficiles d’accès, comment les mesurer, quelles solutions nouvelles apportent les ultra-son, les caméras infra-rouge ? Quid des assemblages sur des pièces élasto-plastiques ? Quelle est la tenue en corrosion sous-tension ? Comment simuler l’usure par frottement des assemblages ? Méthodes probabilistes versus approches déterministes : quel est l’état de l’art de la gestion des incertitudes (sujet que NAFEMS s’est promis de traiter prochainement). Pour compléter ce débat, il a été annoncé un webinar qui se tiendra le 20 juin de 11 heures à midi avec un exposé introductif sur « l’approche couplée essais-calculs pour l’analyse du comportement des assemblages boulonnés en composites stratifiés » présenté par Frédéric Lachaud professeur a l’ISAE et spécialiste de ces problématiques multi matériaux. Et pour terminer ce séminaire sur une touche d’humour, François Costes nous propose de réfléchir à la question suivante : « A quoi aurait ressemblé la Tour Eiffel, avec ses 2 500 000 rivets posés à chaud si, à l’époque, les outils de simulation numérique des assemblages avaient existé ? ». Essais & Simulations • JUIN 2013 • PAGE 23