Essais & Simulations n°123

dossier spécial

dossier spécial composites Retour d’expérience Tirer parti des composites grâce à la simulation numérique Aujourd’hui, pour les constructeurs aéronautiques, le principal problème est de réduire la consommation de carburant et les émissions polluantes. La meilleure façon d’y parvenir consiste à augmenter l’efficacité et la fiabilité des structures d’avions et d’en réduire le poids en utilisant des matériaux composites plus légers. Pour atteindre ces objectifs en la matière, Airbus Group Innovations est parvenu à tirer parti des composites grâce à LMS Samtech Samcef. Airbus A350. Face à la nécessité d’augmenter le niveau de fiabilité tout en réduisant le poids, les ingénieurs doivent garder la maîtrise de la conception grâce à la prédiction de tous les types de défauts potentiels susceptibles d’affecter les composants structurels fabriqués en matériaux composites. Contrairement aux structures métalliques, ces matériaux présentent des modes de défaillance bien spécifiques. Afin de fournir des conceptions de structures sécurisées qui exploitent tout le potentiel de ces nouveaux matériaux, les ingénieurs calcul de l’aéronautique doivent identifie les phénomènes de délaminage et autres dommages que les structures composites multicouches peuvent subir. En outre, les effets géométriques non linéaires des structures composites à paroi mince sont complexes à analyser et ne peuvent être ignorés. Un savoir-faire de pointe en matière d’analyse non linéaire est donc nécessaire pour obtenir des résultats exacts, permettant de déterminer des marges de sécurité réalistes. Airbus Group Innovations (anciennement EADS Innovation Works) est l’unité de Recherche et Technologie d’Airbus Group. Sa mission principale est de développer l’excellence technologique et de réaliser des avancées décisives afin de favoriser l’innovation industrielle dans les divisions du groupe : Airbus, Airbus Defence and Space (anciennement Cassidian et Astrium) et Airbus Helicopters (anciennement Eurocopter). Son deuxième objectif est de permettre le partage des compétences entre ces entités commerciales afin d’aider Airbus Group à conserver sa position de leader dans un environnement mondialisé de plus en plus concurrentiel. Airbus Group Innovations travaille essentiellement avec Airbus et Airbus Helicopters dans le cadre de ses recherches sur l’analyse des composites, qui visent donc à développer un concept novateur et sophistiqué applicable dans les nouveaux programmes aéronautiques. Les tests virtuels sont indispensables pour réduire le nombre de tests physiques effectués sur les composants en matériaux compo- 22 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 123 • Décembre 2015

spécial composites dossier Tests physiques effectués sur une pale d’hélicoptère (résultats de simulation > voir photo suivante). sites et pour permettre la certification des avions. Siemens PLM Software joue un rôle crucial dans ce processus en fournissant à Airbus Group Innovations le logiciel LMS Samtech Samcef, un outil d’analyse par éléments fi is (FEA) dédié au prototypage virtuel mécanique et structurel. LMS Samcef est utilisé dans de nombreuses industries pour des projets très divers, des plus simples aux plus complexes. Ces vingt dernières années, l’équipe de développement de LMS Samtech a tissé une relation étroite avec Airbus Group Innovations, notamment dans le domaine des technologies des composites. La fondation Forts de plus de trente-cinq ans d’expérience de travail avec les leaders du domaine, les experts d’Airbus Group Innovations effectuent des recherches et aident les donneurs d’ordre et équipementiers de l’aéronautique pour la mise en œuvre des technologies d’analyse dédiée aux structures et des scénarios d’optimisation, ainsi que des solutions prédictives robustes pour l’analyse des composites. Airbus Group Innovations enrichit son savoir-faire en simulant les dommages subis par les matériaux composites peuvent subir, afin d’analyser des structures composites de grandes dimensions à paroi mince. Pour les programmes à part entière, les projets d’amélioration de l’efficacité portent sur l’élaboration de modèles spécifiques plus perfectionnés, permettant de modéliser les défaillances susceptibles de se produire dans une structure composite. « L’équipe d’Airbus Group Innovations spécialisée dans l’analyse et la simulation avancées des composites a l’habitude d’accueillir dans ses rangs des ingénieurs issus de l’École normale supérieure de Cachan (ENS Cachan), et plus particulièrement de son Laboratoire de Mécanique et Technologie (LMT Cachan), explique Didier Guedra-Desgeorges, vice-président et directeur du Technical Capabilities Center, “Structure Engineering, Production & Aeromechanics”, chez Airbus Group Innovations. Le très haut niveau des programmes de recherche ainsi que le nombre de nouvelles lois de matériaux « L’implémentation réussie de ces lois dans le solveur d’analyses non linéaires par éléments finis LMS Samcef a été réalisée avec l’aide de l’équipe de Siemens PLM Software. » – Serge Maison Le-Poec, directeur du département Analyse des structures d’Airbus Group Innovations composites et de modèles d’endommagements des structures composites développés par LMT Cachan, explique la relation étroite qui nous lie ». De son côté, Guedra-Desgeorges ajoute : « Le Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique de l’université d’Aix-Marseille (LMA Marseille), un autre laboratoire universitaire travaillant dans le même domaine, fait également partie des partenaires de recherche d’Airbus Group Innovations. L’équipe de développement de LMS Samtech est la pierre angulaire de ces partenariats, en contribuant à la diffusion de ces nouvelles lois matérielles, grâce à l’implémentation de ces concepts novateurs dans son solveur LMS Samcef. » Gain en compréhension La pression concurrentielle étant de plus en plus forte, il est important qu’Airbus Group réponde extrêmement vite aux besoins du marché. Pour cela, il doit concevoir correctement ses produits du premier coup et adopter de nouvelles méthodologies pour intégrer la modélisation avancée des composites. « Grâce à l’implémentation dans LMS Samcef des lois de comportement avancées des matériaux composites en collaboration avec le LMT Cachan et le LMA Marseille, Airbus Group a nettement amélioré sa compréhension de la physique des matériaux composites, déclare Didier Guedra-Desgeorges. Il a ainsi creusé l’écart avec ses concurrents, en devenant le premier et le meilleur département de recherche à disposer d’un savoir-faire aussi avancé ». La formulation du modèle choisi a été largement validée par ESSAIS & SIMULATIONS • N° 123 • Décembre 2015 I23