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Analyse par éléments finis

L'analyse par éléments finis (FEA) est la modélisation et la simulation virtuelles de produits et d'assemblages pour les performances structurelles, acoustiques, électromagnétiques ou thermiques. La FEA est l'application pratique de la méthode des éléments finis (FEM).

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

L'analyse par éléments finis est la modélisation de produits et de systèmes dans un environnement virtuel pour trouver et résoudre les problèmes potentiels (ou existants) de performance des produits. La FEA est l'application pratique de la FEM, qui est utilisée par les ingénieurs et les scientifiques pour modéliser mathématiquement et résoudre numériquement des problèmes complexes structurels, acoustiques, électromagnétiques, thermiques, fluidiques et multiphysiques. Les logiciels FEA peuvent être utilisés dans un large éventail d'industries, mais ils sont le plus couramment utilisés dans les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile, de l'électronique, des machines industrielles, de la marine et des produits de consommation.

Un modèle à éléments finis (FE) comprend un système de points appelés « nœuds », qui forment la forme du dessin. À ces nœuds sont reliés les éléments finis qui forment le maillage des éléments finis et contiennent les propriétés matérielles et structurelles du modèle, définissant ainsi la façon dont il réagira à certaines conditions. La densité de la maille des éléments finis peut varier dans tout le matériau, selon le changement prévu des niveaux de contrainte d'une zone donnée. Les régions qui subissent de grands changements de stress ont généralement besoin d'une densité de maillage plus élevée que celles qui subissent peu ou pas de variation de stress. Les points d'intérêt peuvent inclure les points de fracture des matériaux déjà testés, les filets, les coins, les détails complexes et les zones à forte contrainte.

Produits associés : Simcenter 3D | Simcenter Nastran | Simcenter Femap | Simcenter Magnet gt ; | Conception de machines électroniques Simcenter | Simcenter

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Un visuel de Simcenter Nastran software, un solveur de premier plan à la méthode des éléments finis (FEM).

Tirez parti de la FEA pour améliorer la performance de vos produits

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Découvreles avantages

La

FEA est une méthodologie bien établie souvent utilisée pour remplacer ou compléter les méthodes expérimentales et analytiques pour faciliter la conception technique et l'analyse des produits courants. Comparativement au prototypage et aux expériences, les simulations basées sur la FEA offrent les avantages suivants.

Augmenter le rendement

L'analyse par éléments finis vous permet d'analyser et d'explorer rapidement les possibilités d'ingénierie pour améliorer la performance des produits.

Réduction du temps

L'analyse par éléments finis vous aide à commercialiser des conceptions de produits optimisées plus rapidement qu'une méthode de construction et de test.

Réduction des coûts

En tirant parti de l'analyse par éléments finis, vous pouvez réduire considérablement vos coûts de développement de produits par rapport aux processus de test traditionnels basés sur des prototypes physiques.

Étapes du processus de simulation FEA

Peu importe le logiciel utilisé, la plupart des simulations FEA suivent ces étapes généralisées.

Modèle 3D d'un châssis de voiture avec cartographie thermique visuelle à partir de Simcenter 3D software.

Prétraitement

L'étape du prétraitement consiste à modifier la géométrie et à la préparer pour la simulation. Dans un processus appelé maillage, un outil de prétraitement convertit la géométrie de conception en petits éléments finis avant d'appliquer les propriétés des matériaux, les charges, les contraintes et les paramètres de simulation.

Le logiciel de simulation CFD commence à résoudre itérativement les équations discrétisées à l'aide du solveur CFD.

Résoudre

Le logiciel de simulation FEA commence à résoudre itérativement les équations discrétisées à l'aide du solveur. Cette étape peut nécessiter beaucoup de temps ou de ressources informatiques. Pour les simulations complexes, de plus en plus d'entreprises se tournent vers l'informatique en nuage comme solution rentable à ce problème.

Analyse linéaire d'une structure mécanique à partir de Simcenter 3D software.

Post-traitement

Une fois la résolution terminée, l'étape suivante consiste à analyser et visualiser les résultats de la simulation qualitativement et quantitativement à l'aide de rapports, de moniteurs, de tracés, d'images 2D/3D et d'animations. La vérification et la validation des résultats sont également incluses à cette étape.

Types d'analyse de la FEA

Analyse 1D (modèles de faisceaux) L'analyse 1D fait référence à l'application de modèles créés uniquement par des éléments unidimensionnels composés de seulement deux nœuds, tels que des éléments de faisceau. L'analyse 1D peut être utile pour examiner l'analyse précoce de structures généralement compliquées à modéliser, comme une carrosserie de voiture ou une cellule d'avion. Le modèle de faisceau 1D peut aider les ingénieurs à évaluer rapidement la dynamique du corps avant que la géométrie complète ne soit prête pour une analyse plus approfondie.

Analyse 2D (modèles de coque) Les ingénieurs maillent la géométrie avec des éléments bidimensionnels tels qu'un élément quadridimensionnel ou triangulaire pour les corps à paroi mince, comme les pièces en tôle. Les propriétés de l'élément définissent ensuite l'épaisseur de l'élément de coque que le solveur utilisera pour calculer les contraintes, les déformations et d'autres résultats. Les préprocesseurs FEA sont dotés d'algorithmes de maillage rapide qui aident les ingénieurs à créer un maillage de coque sur la géométrie.

Analyse 3D (modèles solides) Pour les géométries solides et volumineuses, comme un bloc moteur, les ingénieurs utilisent des éléments solides tridimensionnels pour représenter la géométrie. Des éléments tétra, pyramidaux et hexadéciaux sont créés dans tout le corps solide. Les préprocesseurs FEA disposent des outils dont les ingénieurs ont besoin pour créer des modèles à mailles solides.

Multiphysics FEA Modern FEA ne se contente pas de simuler un seul domaine physique individuellement. Aujourd'hui, le FEA est devenu beaucoup plus multidisciplinaire en permettant aux ingénieurs de coupler différentes physiques, telles que l'interaction fluide-structure (FSI), la simulation thermique-mécanique, la dynamique multicorps avec des corps flexibles structuraux à base de Fe, l'électromécanique-thermique et plus encore. La simulation multiphysique est d'une importance fondamentale dans les produits de plus en plus complexes nécessitant une ingénierie multidomaine holistique pour atteindre un rendement maximal.

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