Importance de l’optimisation numérique dans la simulation numérique

Nicolas GARDAN - Juin 2019

L’optimisation numérique est très intéressante pour montrer l’intérêt de la simulation aux TPE/PME qui n’ont pas d’expériences en calcul. Par exemple travailler sur du gain de masse grâce à l’optimisation topologique est un vecteur de transfert de technologie important.

Le centre iNumLab de Micado traite principalement des cas de simulation numérique auprès de PME/ETI n’ayant pas ou très peu de culture calcul. Ces entités sont souvent amenées à répondre à des cahiers des charges de donneurs d’ordres de rang 1 ou des problématiques souvent multi-physiques difficile à intégrer dans la structure. L’iNumLab intervient alors pour la mise en œuvre du cahier des charges calcul, en intégrant le savoir-faire de l’entreprise, pour réaliser la simulation numérique et analyser les résultats en parfaite collaboration avec l’entreprise. L’objectif global est de travailler dans un objectif de transfert de technologie de la simulation numérique.

L’optimisation fait partie des spécificités propres aux méthodologies de l’iNumLab. Nos activités de recherche et notre expérience alliées à la maîtrise d’outils informatiques puissants nous permettent de proposer aux entreprises un accompagnement de qualité dédié à l’optimisation numérique.

Les résultats répondent aux problématiques liées au secteur d’activité spécifique à chaque entreprise. Grâce à une maitrise experte des outils de CAO & Simulation de la part de nos ingénieurs, chaque cas est traité dans une parfaite collaboration avec l’entreprise.

3 types d’optimisation sont peuvent être utilisées :

· L’optimisation topologique (Distribution de matière idéale dans un volume donné : optimisation de masse, …)

· L’optimisation géométrique (Variation des frontières d’une forme : recherche d’emboutis, …)

· L’optimisation paramétrique (Optimisation des paramètres : analyse de sensibilité , …)

Un des exemples d’utilisation de l’optimisation topologique est de trouver le meilleur compromis entre la masse et la tenue mécanique d’une pièce soumise à un chargement. La méthodologie est la même quel que soit le type de pièce à analyser. Dans un premier temps, il faut décomposer le modèle en deux zones : « design » et « non-design ». La zone « non-design » correspond aux parties fonctionnelles de la pièce, cela signifie que ces zones n’ont pas à être modifiées par l’outil.

Exemple de méthodologie (é)prouvée en optimisation topologique

La méthodologie mise en place par notre centre R&D est la suivante :

1. Capitalisation et modélisation de la connaissance

2. Calcul itératif pour une solution d’optimisation

3. Modélisation fonctionnelle

4. Validation en tenue mécanique non-linéaire

5. Optimisation simplifiée en pré-étude pour trouver des formes innovantes, proposer des nouvelles solutions technologiques

Exemple de cas

Développement d’un nouveau produit destiné au marché de la moto tout terrain pour le désembourbement ou le franchissement d’obstacles.

Suite à une précédente étude menée par l’iNumLab, la société a modifié les designs de ses pièces en se basant sur les résultats d’optimisations et a été amenée à tester différentes solutions de fixation sur la moto tout terrain (pièces fabriquées en injection plastique).

L’optimisation topologique permet de réaliser un grand nombre d’itérations jusqu’à l’obtention d’une forme de pièce répondant au cahier des charges, souvent innovantes. De nombreuses formes ont été proposées à la société. L’optimisation du tambour à permis de réduire de 45% la masse par rapport au modèle plein. La répartition de la matière en forme de « Y » de l’axe du tambour vers les dents semble être justifié dans la mesure où la transmission des efforts se fait via les cliquets.

L’optimisation du carter a donné lieu à plusieurs formes tout aussi différentes les unes des autres. L’outil détermine un réseau de renfort en forme d’arc, ce qui permet de répartir au mieux les contraintes lors des sollicitations dans les axes des cliquets, et au niveau de la liaison avec le bras. La partie centrale au niveau de l’axe du tambour est également renforcée.

Les deux formes proposées par l’optimisation du bras ont abouti sur la création d’une troisième forme, reprenant ainsi les avantages des deux précédents modèles : conservation du réseau de nervures sur la partie centrale de la version 1 et des formes des nervures de la version 2.

Formes proposées V1 / V2 / V3 pour le bras

Fort de son expérience de plus de 15 ans et plus de 40 cas traités par an, l’iNumLab a su mettre en place une méthodologie forte pour l’accompagnement des PME/ETI dans leur saut technologique. Ce retour de cas en est le parfait exemple. En effet, les gains de l’optimisation sont multiples : diminution de la masse, amélioration des performances, fiabilité de la conception,...