Simuler les Effets de Fabrication Tôt Construit des Designs Robustes

En conception/ingénierie, hypothèses simplificatrices souvent faites — parfois suffisantes, souvent par manque temps/outils pour effets non-linéaires.

Pour beaucoup composants, procédés fabrication impactent significativement performance produit, mais sont parmi effets les plus souvent négligés. Quels effets fabrication considérer, lesquels ignorer ? Réponses pas toujours bien comprises. Pratique standard : designers conçoivent design, passent analystes, qui construisent/analysent. Souvent fastidieux, plus long qu'idéal. Connexions pas idéales + temps CAD→CAE = souvent plus temps transfert données/analyse initiale que construire/analyser/comprendre modèle.

Plateforme 3DEXPERIENCE — Réunir Outils Conception et Mécanique Solide :

Plateforme 3DEXPERIENCE DASSAULT SYSTÈMES combine design CATIA classe mondiale + outils mécanique solide linéaire/non-linéaire SIMULIA. Capacité puissante = connexion CAD/CAE plus fluide qu'habituel. Permet processus guidés et templates standardisés → 1ère réponse plus rapide. Au lieu calculs simplifiés/initiaux hypothèses par experts analyse structurelle, ces 1ères réponses intégrées dans CAD/outils ingénierie précoce → 1er modèle + 1ère estimation indicateurs performance structurelle clés. Réponses structurelles linéaires 1er passage exécutées/analysées dans AVANT passage analystes.

Ingénieur analyse structurelle « affine la lame » en raffinant modèle + ajoutant effets appropriés au modèle « 1er passage ». Certains considérations fabrication = hypothèses linéaires « étendues », mais peut inclure contact, non-linéarité matériau, raidissement contrainte si approprié. Ce raffinement crucial = révèle échecs sinon négligés. Exemples « classiques » non-linéarité : matériaux (plasticité acier, caoutchoucs non-linéaires, fissuration/rupture matériaux/composants). Bien compris, mais 2 autres formes plus souvent négligées : effet contact, impact « géométrie non-linéaire ». Toutes 3 = résultat processus fabrication, modélisables/analysables/post-traitables sur Plateforme 3DEXPERIENCE.

Deux exemples démontrant effets fabrication, focus sur impact sur systèmes :

• Emmanchement Forcé (Press Fit) Bielle Inférieure :

Contact bien compris ingénieurs — 2+ composants « s'entrechoquent », forces transférées → contraintes/déformations. Exemple contact souvent non considéré mais critique : « press fit ». Composant section externe légèrement plus grande « forcée » dans plus petite → nom. Press fit équilibre exigences concurrentes : trop peu interférence = extraction facile → intégrité compromise séparation pièces. Trop interférence = contraintes/déformations hautes → rupture une/les deux pièces.

Module simulation Plateforme 3DEXPERIENCE capture press fit (au lieu approche simplifiée) + variations interférence pour étudier contraintes résultantes press fit seul et incluses chargement « standard ». Ne pas compter press fit = conséquences catastrophiques.

Exemple : bielle inférieure (press fit courant) peut échouer inattendu si effets press fit non considérés simulation. Résultats gauche = trompeurs → problèmes garantie fabricants. Échecs/rappels inattendus affectent réputation OEM.

Souvent, industrie considère press fit analyse détaillée composant. Détection/correction press fit excessif stade design précoce = gain temps/coût global.

Workflow 3DEXPERIENCE résumé :

• Modélisation CAO Paramétrique : Design paramétrique = tester design configurations. Interférence bielle/chemine définie/variée paramètre design.
• Modélisation et Simulation Intégrées : Plateforme unifiée CAO/simulation = designer analyse composant avant passage ingénieur simulation. Assistance Simulation guide non-expert analyses linéaires/non-linéaires bases avant passage expert. 2 cas simulation : charge verticale 4 kN et latérale (X) 2,5 kN. Ignorer non-linéaire niveau designer : chemises liées bielle, cylindre interne chemine bloqué.
• Réutilisation Simulation Linéaire pour Simulation Non-linéaire Avancée : Designer change paramètres connexion chemine/bielle pour inclure effets press fit. Associativité CAO/FEM = facile nouvelle fonction simulation ou modifier existante dans simulation linéaire. Gestionnaire fonctions = vue consolidée fonctions simulation définies, modification clics minimaux.
• Automatisation et Collaboration : Expert analyste définit templates simulation workflows bien définis → dispo designers analyses détaillées avec effets fabrication. Widgets web simulations prédéfinies = collaboration effective designer/expert, co-revue/finalisation design.

Outils complets 3DEXPERIENCE = optimiser interférence press fit stade design précoce, éviter échecs/rappels indésirables.

• Modélisation Boulon Articulation Clevis :

2e exemple effets fabrication : articulation clevis. Accouplement liaison en U (« fourche ») traversées par axe/boulon. Axe fixe liaison/tringle, permettant rotation autour axe tout en « fixant » fourche autres directions.

Articulations clevis : myriade produits, courantes auto/équipements lourds suspensions, machines industrielles, liaisons aéro, divers cas. Petites = « axe » simple biens bon marché, mais industriel/gros machines = massives > personne, gros boulons « axe ». Grandes applications : souvent insuffisant « connecter » fourche à tringle, boulon doit être serré couple élevé → contraintes fabrication pièce AVANT charges « exploitation ». Charges boulonnées « plient » fourche → pré-contraintes significatives. Si ignorées → facteurs sécurité incorrects charges exploitation → contraintes pic non-conservatrices, sur-prédiction vie fatigue.

Exemple pince mâchoire : articulation clevis boulonnée relie tringle à composant mâchoire. Assemblage tel = gros boulons (forts pré-contraintes) pour éviter déconnexion. Charges boulons « tirent » fourches ensemble → contraintes assemblage. Équipement lourd = souvent sur-dimensionné — mieux masse extra que risque arrêt tel équipement coûteux. Mais même forts facteurs sécurité, important considérer combinaison effets fabrication + charges exploitation.

Résultats simulation figure 9 : charges exploitation seules → contraintes modestes fourches ~20% sous cible. MAIS avec contraintes fabrication + exploitation → résultats réels 30% AU-DESSUS cible. Contraintes < limite élastique mais fatigue éventuelle → pannes terrain, arrêts exploitation. Donc couple serrage optimal crucial. 3DEXPERIENCE plateforme = outil design-friendly pour ces simulations workflow :

• Modélisation boulon virtuel : Géométrie CAO boulon pour étudier serrage = complexité inutile (non-linéarité contacts) designer. Outil définition boulon virtuel 3DEXPERIENCE = approche simplifiée : représentation boulon entité EF + précharge étude serrage. Designer sélectionne arêtes pièce ou détection boulon pour définir boulon virtuel articulation clevis.
• Définition simulation linéaire : Comme press fit, assistance simulation guide designer setup. Sélection fonction CAO (face, arête, sommet) = facile définir charges/conditions limites. Ici : mâchoire bloquée face bas, 10 kN articulation clevis.
• Template personnalisé DOE et Optimisation : Expert définit template simulation web pour designer étudier effet différentes valeurs couple serrage articulation clevis. DOE formable stade design précoce sans expert analyste boucle. Ici : effet précharge boulon 1-5 kN pas 500 N via template DOE compositeur processus.
• Validation résultats web Results Analytics : Processus fini → designer collabore expert visualiser résultats widget web Results Analytics. Modifier paramètres entrée (charge, couple serrage) = réutiliser template autres modèles application similaire. Images montrent : designer conclut force boulon > 2 kN pourrait dépasser contrainte au-delà limite acceptable (150 MPa).

Expert CAE se concentre simulations avancées, designer gère effets fabrication stade précoce = gain temps/coût global.

Conclusion :

Si effets fabrication considérés tôt stade design → compréhension plus précise vrais « facteurs sécurité » design. Outils designer-friendly 3DEXPERIENCE = prédire performance produit plus cohérente → réduire coûts garantie, rappels, exploitation clients.

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