Guide du débutant sur l'analyse par éléments finis (FEA)

L'analyse par éléments finis, également connue sous le nom de FEA, est la simulation virtuelle d'un composant physique à l'aide d'une technique mathématique appelée la méthode des éléments finis (FEM). Les racines de la FEA remontent au XVIe siècle, et la première véritable utilisation de la FEA remonte aux travaux de Schellback en 1851. Au cours des cent années suivantes, la FEA a été principalement utilisée par les mathématiciens et d'autres universitaires. Avec l'avancement des ordinateurs numériques, des développements réels de FEA ont commencé à apparaître dans les industries de l'automobile, de l'aérospatiale et du génie civil.

FEA peut désormais atteindre plus d'utilisateurs que jamais. Le logiciel d'analyse par éléments finis d'aujourd'hui est intuitif à utiliser, accessible sur tous les appareils électroniques, et incroyablement rapide et puissant. Pour en savoir plus sur ce qu'est la FEA et son fonctionnement, continuez à lire.

Qu'est-ce que l'analyse par éléments finis ?

FEA est le processus de création d'une simulation numérique d'un produit qui sera bientôt réel. Alors que l'analyse par éléments finis nécessitait autrefois de mettre un crayon sur papier, la FEA se déroule aujourd'hui dans l'environnement virtuel d'un programme informatique. Le logiciel informatique FEA peut modéliser virtuellement des géométries et des composants complexes, permettant aux scientifiques et aux ingénieurs de mieux prédire les performances de ces produits dans la vie réelle.

Dans le processus de conception et de fabrication, FEA peut vous aider à comprendre les propriétés physiques d'une pièce - telles que sa résistance aux chocs, ses éléments thermiques et sa dynamique transitoire - pour prédire sa résistance, son mouvement et d'autres comportements. La FEA peut également envisager les caractéristiques d'un matériau particulier dans des conditions spécifiques telles que la déviation, les vibrations et d'autres facteurs de stress. Grâce à ces prédictions, FEA vous permet d'identifier les problèmes de performances potentiels et de trouver des solutions avant la création du composant.

Il existe différents types d'analyse par éléments finis, notamment :

• Analyse d'ingénierie thermique  :Déterminez l'impact des variations de température sur les performances de la pièce
• Calculs dynamiques fluides  :Comprendre l'impact structurel de la densité d'un fluide, une caractéristique particulièrement importante dans l'industrie pétrolière et gazière
• Calculs sismiques d'ingénierie  :Prédire les performances des pièces sous diverses vibrations et fréquences du sol
• Analyse modale  :Anticiper l'impact des vibrations forcées externes, telles que le vent ou la vitesse de déplacement, sur les performances de la pièce
• Analyse statique linéaire  :Appliquer les proportions linéaires d'un modèle à petite échelle à la structure grandeur nature pour anticiper les scénarios

Comment fonctionne l'analyse par éléments finis ?

L'analyse par éléments finis est un processus incroyablement mathématique, nous allons donc l'expliquer en termes simples. En termes simples, la FEA décompose une structure complexe en parties plus petites et plus gérables. Au fur et à mesure que vous divisez la structure en sections plus petites, vous acquerrez plus de connaissances sur la façon dont la structure plus grande réagira aux facteurs de stress.

La première étape du processus FEA consiste à déterminer le placement des nœuds sur la structure, qui sont des points uniques sur un rendu 2D ou 3D de votre conception. Après avoir sélectionné vos nœuds, ou points nodaux, connectez-les en traçant des lignes entre eux. Cela créera une structure maillée qui formera la forme finale de la conception. Les régions entourées par le maillage contiennent une collection d'éléments finis, d'où le nom "analyse par éléments finis".

En abordant les petites sections qui composent le maillage de votre structure, vous pouvez déterminer plus précisément comment la structure entière agira dans des circonstances données. Notez que plus votre structure de maillage est dense, plus vos résultats seront précis, mais vos calculs gagneront en complexité à mesure que vous ajouterez des points nodaux.

Comment l'analyse par éléments finis est-elle utilisée dans la fabrication ?

Dans la fabrication, la FEA est utilisée pour déterminer les réponses potentielles d'un composant aux facteurs de stress physiques externes et internes. Le logiciel d'analyse par éléments finis est conçu pour prendre en compte la géométrie, le matériau, l'environnement et d'autres facteurs lors du test virtuel de votre simulation FEA. Cela vous permet de prévoir les performances d'un composant dans des conditions attendues et inattendues.

Étant donné que la FEA existe dans un monde virtuel, elle peut considérablement rationaliser le processus de prototypage. Au lieu d'avoir à construire prototype après prototype, FEA vous permet de tester facilement un composant plusieurs fois et d'apporter des modifications entre les itérations. Cela vous permet d'économiser du temps, des ressources, des coûts et des efforts lors de la conception d'un composant. Le logiciel FEA est conçu pour être aussi réaliste que possible, permettant à ces programmes puissants d'anticiper avec précision les performances des pièces.

Le prototypage virtuel rapide pris en charge par FEA est particulièrement important dans l'industrie aérospatiale. Parce que les composants aérospatiaux doivent survivre aux contraintes extrêmes de l'espace extra-atmosphérique - telles que la pression atmosphérique, l'inertie, les forces d'impact et la chaleur très élevée - il est essentiel qu'ils suivent des directives de fabrication très strictes. Grâce à la FEA, vous pouvez anticiper avec précision la réaction d'un composant à ces conditions extrêmes. La FEA peut également prédire des années, voire des décennies d'utilisation, un outil utile pour les composants aérospatiaux qui pourraient être en orbite pendant de nombreuses années.

Tout au long du processus de fabrication, la FEA vous permet d'économiser du temps et de l'argent, de réduire le gaspillage d'énergie et de matériaux et de recueillir des informations instantanées et précises sur la façon dont le stress physique pourrait affecter votre composant. Dans l'ensemble, la FEA contribue à un cycle de conception plus rapide et moins intensif avec une productivité accrue.

Analyse par éléments finis avec Fast Radius

L'analyse par éléments finis est un domaine spécialisé. Chez Fast Radius, nous avons des experts sur place qui utiliseront FEA pour optimiser vos conceptions de pièces. En s'appuyant sur une analyse précise par éléments finis, notre équipe peut vous aider à améliorer vos pièces et à perfectionner vos cycles de production. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer avec FEA.

Pour découvrir d'autres façons de maximiser la valeur et d'optimiser la conception des pièces, consultez le centre de ressources Fast Radius.

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