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Analyse par éléments finis (FEA) | Méthode (FEM) et modélisation

Chaque modélisation par éléments finis (FEM) nécessite un modèle de matériau calibré pour chaque matériau à simuler. L'équipe d'assistance technique de 3M est à votre disposition pour répondre à vos questions sur la modélisation et la simulation.

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Méthode des éléments finis : Développement de modèles de zones cohésives pour les colles et rubans 3M™

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    Qu'est-ce que l'analyse par éléments finis ?
    • La modélisation par éléments finis est un outil utilisé par les ingénieurs pour concevoir des produits dans tous les secteurs d'activité. Un ingénieur crée le rendu 3D d'un assemblage avec le logiciel d'éléments finis et définit chaque matériau présentant un intérêt.

      Afin d'effectuer des simulations pour prédire les performances, le modèle 3D définit les géométries des pièces, leur relation entre elles et les propriétés de leurs matériaux. Ces propriétés sont bien définies pour les métaux, les plastiques et d'autres matériaux d'ingénierie standard.

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  • Analyse par éléments finis pour l'évaluation des colles pour les véhicules ferroviaires

    Contrairement aux métaux, les adhésifs sensibles à la pression (PSA) sont viscoélastiques et leurs propriétés sont sensibles à la fréquence et à la température. Il est donc nécessaire de procéder à des tests avancés pour obtenir des données décrivant la réponse mécanique sous différentes charges, températures, géométries, etc.

    3M est extrêmement bien placé pour caractériser ces matériaux sensibles à la fréquence et à la température et les fournir dans un format compatible avec divers logiciels de modélisation par éléments finis. Ces modèles de matériaux peuvent être utilisés pour prédire le comportement mécanique dans une analyse par éléments finis.
    Les propriétés mécaniques conventionnelles, telles que le module de Young et le coefficient de Poisson, même lorsqu'elles sont obtenues à des taux et des températures appropriés, ne reflètent pas avec précision le comportement du PSA. Par conséquent, 3M a mis au point des cartes de données matérielles (MDC) disponibles pour les matériaux 3M courants dans un format prêt à l'emploi pour de nombreuses applications logicielles FEA disponibles dans le commerce.

    Nous proposons actuellement une MDC pour tout PSA 3M compatible avec Abaqus, ANSYS MAPDL, ANSYS Workbench et LS Dyna.


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Webinaire sur l'analyse par éléments finis

Webinaire 3M pour les fournisseurs des équipementiers ferroviaires.

De la caractérisation expérimentale à la modélisation et à la simulation informatiques

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  • Méthode des éléments finis (FEM) : Analyse avancée de fatigue et de durabilité

    Souvent, des problèmes d'ingénierie complexes ne peuvent être résolus par l'analyse et des tests sur les composants réels sont généralement longs et coûteux ou simplement trop difficiles à réaliser. C'est le cas notamment pour l'évaluation de l'intégrité structurelle de wagons entiers ou de grands sous-composants de ceux-ci.

    Cependant, grâce à l'augmentation des performances informatiques, des techniques de simulation numérique telles que la méthode des éléments finis (FEM) peuvent être appliquées pour obtenir une solution approximative aux problèmes techniques. La FEM est la méthode numérique la plus largement utilisée pour résoudre des équations aux dérivées partielles liées à des problèmes d'ingénierie impossibles à résoudre autrement. La FEM subdivise un grand système en parties plus petites et plus simples appelées éléments finis. L'étude ou l'analyse d'un phénomène avec la FEM est souvent appelée analyse par éléments finis (FEA).

    Aujourd'hui, la FEA est un outil d'analyse reconnu essentiel pour les calculs techniques dans de nombreuses disciplines, chez 3M comme ailleurs. En utilisant la FEA avec des simplifications et des hypothèses appropriées, même des structures extrêmement complexes telles que des véhicules ferroviaires entiers peuvent être évaluées pour connaître leurs performances structurelles, leur intégrité et leur résistance aux chocs, comme l'exigent les normes industrielles DIN EN 12633 (exigences structurelles des carrosseries de véhicules ferroviaires) et DIN EN 15227 (exigences de résistance aux chocs pour les carrosseries de véhicules ferroviaires). Une autre norme industrielle importante consacrée spécifiquement au collage des véhicules et pièces ferroviaires est la norme DIN 6701, voir [1], qui se compose de quatre parties. La troisième partie, DIN 6701- 3, traite spécifiquement des directives pour la construction, la conception et l'évaluation des collages sur les véhicules ferroviaires.

    Une évaluation de la résistance de la colle est nécessaire, ce qui peut être fait au moyen de la FEA. Dans une perspective plus générale, cela fait également partie de la nouvelle norme DIN 2304-1, voir [2], qui n'est pas limitée à l'industrie ferroviaire. Tout cela est essentiel pour poursuivre la mise en place de technologies de collage dans l'industrie ferroviaire et pour permettre des constructions multi-matériaux et une conception légère, comme cela a été étudié dans le projet ULWAK auquel 3M a pris part, voir [3].

    Du point de vue de l'efficacité des calculs, il est possible d'effectuer l'évaluation de la résistance de la colle pour des assemblages élastiques épais (c'est-à-dire supérieures à 1,5 mm) de type caoutchouc. Il est cependant presque impossible d'effectuer simultanément l'évaluation de la résistance de la colle pour les assemblages minces (c'est-à-dire inférieures à 1,0 mm) avec une résolution d'élément acceptable sur l'épaisseur de l'assemblage en raison des énormes différences de dimension entre les composants du wagon et les épaisseurs de liaison. L'un des défis est le transfert des charges et des conditions aux limites de l'ensemble du système vers un sous-système plus petit.


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Livre blanc sur l'analyse par éléments finis

Cliquez ci-dessous pour télécharger notre livre blanc sur l'analyse par éléments finis. Le livre blanc est divisé en 6 domaines clés : Introduction, ruptures de liaison, modélisation du continuum, modélisation de la zone cohésive, validation du modèle et conclusion.

TÉLÉCHARGEZ LE LIVRE BLANC SUR LA FEA MAINTENANT (PDF, 935 Ko)
  • Définition d'un modèle de matériau approprié

    La définition d'un modèle de matériau adapté à la colle constitue un autre problème. Afin d'obtenir des résultats fiables au moyen de la FEA, il est essentiel de disposer de modèles précis pour tous les matériaux impliqués. Ces modèles de matériaux, parfois également appelés cartes de données des matériaux, décrivent le comportement mécanique du matériau réel et, dans l'idéal, enregistrent les principaux effets physiques identifiés par des essais et une caractérisation appropriés des matériaux.

    Chaque modélisation par éléments finis (FEM) nécessite un modèle de matériau calibré pour chaque matériau à simuler. Différentes techniques peuvent être utilisées pour déterminer les paramètres matériels nécessaires. Toutes ces techniques nécessitent des données de test expérimentales et la sélection d'un modèle de matériau approprié. Cette étape est suivie d'une procédure de détermination des paramètres du modèle à partir des données expérimentales, c'est-à-dire le calibrage ainsi que la vérification et la validation du modèle par rapport aux données expérimentales. La validation peut se faire sur la base d'un test de pelage en T ou d'un test de résistance au cisaillement sur un seul tour. Une fois terminé, le modèle fonctionne bien conformément aux hypothèses retenues.

    L'équipe d'assistance technique internationale de 3M est à votre disposition pour répondre à vos questions sur la caractérisation, la modélisation et la simulation des colles. Nous avons développé des capacités de test et de simulation de pointe pour les colles structurelles et les colles sensibles à la pression qui nous permettent de modéliser et de prédire les performances, les dommages, les défaillances, l'influence sur l'amortissement des vibrations (caractéristiques de bruit et de vibration) de la réduction du bruit des roues, voir [4] et de nombreuses autres applications.


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