INTES Stuttgart

Ingenieurgesellschaft für
technische Software

Analyse de moteur avec PERMAS

Plusieurs phénomènes physiques jouent un rôle important dans le comportement mécanique de moteurs à combustion. En statique, ces effets comprennent l'étanchéité ou encore la durabilité sous conditions de température variables. L'étude de l'influence de la température nécessite alors une analyse couplée avec prise en compte des transferts de chaleur. En dynamique, il est question de rayonnement sonore et de réponses modales d'assemblages moteurs complexes. Modéliser de tels assemblages requiert la prise en compte des conditions de serrage au niveau des boulons, ainsi que la séquence complète de précontrainte et de charge de fonctionnement de ces boulons. De plus, le comportement non-linéaire des matériaux doit être pris en compte. Ces effets, entre autres, sont cruciaux pour l’analyse détaillée d’un moteur. Une optimisation de forme ("freeshape") permet une réduction de poids associée à une amélioration des performances.
Avantages et fonctionnalités particulières
Performances PERMAS
Les analyses moteurs impliquent en général des modèles EF très volumineux. C'est pourquoi toutes les méthodes d'analyse sont pensées et implémentées ans un souci constant d'optimisation des performances de calcul. Les points suivants sont à souligner:
  • temps de calcul significativement plus petits que ce que vous avez l’habitude de constater (on accepte le challenge:  info@intes.de),
  • coûts logiciels réduits, coûts matériels réduits, cycles de production plus rapides, nombre de variantes supérieur, meilleure connaissance du comportement du composant,
  • algorithmes de simulation du contact conçus spécifiquement pour des modèles de type industriels,
  • temps d'exécution habituels pour des modèles linéaires, mais avec des éléments de jointure non-linéaires, grâce à un solveur spécialisé permettant une condensation automatique,
  • accélération de l'analyse et de l'optimisation des variantes grâce au préconditionnement du solveur de contact,
  • performances optimisées grâce à la technologie de base PERMAS HPC, avec notamment l'analyse des contacts, la parallélisation ou l'utilisation du GPU.
Transferts thermiques
Transferts thermiques
Pour des applications telles que l'analyse de températures de fonctionnement, ou le vieillissement en bain d'huile par une simulation du cycle de refoidissement. Fonctionnalités disponibles :
  • Fonctionnalités disponibles:
    • comportement non-linéaire du matériau avec dépendance en température de la conductivité et de la capacité thermique,
    • convection thermique dépendante de la température pour la modélisation d'échange de chaleur avec l'environnement,
    • Méthode de résolution automatique d'échanges de chaleur non-linéaires avec contrôle automatique du pas et plusieurs critères de convergence, soit un incrément de charge automatique pour les régimes stationnaires et une évolution automatique du pas de temps pour les analyses transitoires,
    • un choix complet et détaillé de spécifications disponibles pour les pas de chargements et les instants choisis pour l'impression des résultats,
    • couplage complet en vue d’une analyse statique ultérieure (stationnaire et transitoire),
    • les échanges de chaleur par radiation peuvent être pris en compte, si leur effet est significatif sur le champ de température.
Statique
Diesel Engine
Demi-modèle de moteur à 3 cylindres
(maillage hexagonal)
Bolt Pretension with pitch and flank angle
Précontrainte de boulon avec pas
et angle de serrage
Analyse statique avec PERMAS
Les déformations statiques sont calculées avec diverses conditions de chargements avec des lois de comportement linéaires ou non-linaires pour les matériaux :
  • modéles de matériaux non-linéaires:
    • élasto-plasticité,
    • élasticité non-linéaire,
    • fluage,
    • matériaux de type fonte avec un comportement différent en traction et en compression.
  • Eléments de joint (« gasket »):
    • pour faciliter la modélisation du scellement,
    • le comportement des joints est représenté par des courbes expérimentales de pression-fermeture,
    • l'utilisation de plusieurs courbes de déchargement est possible.
  • Analyse avec contact:
    • possibilité de modéliser une grande quantité de contacts (>> 30 000),
    • performances inégalées en termes de temps de calcul,
    • méthodologie de résolution à la pointe des connaissances actuelles,
    • le frottement peut être pris en compte avec des transitions entre adhérence et glissement,
    • les conditions de serrage peuvent être appliquées en une étape,
    • description réaliste de l'historique de chargement,
    • résultats associés au contact : état du contact, pression de contact, efforts de contact, saturation, etc.
  • Modélisation:
    • précontrainte des boulons, avec filetage paramétré,
    • ajustement du serrage linéaire et non-linéaire.
  • Sous-domaines:
    • raffinements locaux du maillage
    • interpolation automatique des déplacements pour adapter les conditions aux limites cinématiques à un maillage plus fin,
    • une analyse locale est ensuite effectuée, par exemple pour obtenir des résultats de contraintes plus précis.
Hautes performances
Performances PERMAS
En raison de la taille généralement volumineuse des modèles EF utilisés lors de l'analyse de moteurs, toutes les méthodes d'analyse sont conçues avec un objectif de maximisation des performances de calcul. Les points suivants peuvent être soulignés:
  • des performances exceptionnelles atteintes grâce à l'utilisation d'algorithmes spécialement conçus pour les très gros modèles, avec non-linéarités de matériaux ou de contact,
  • des algorithmes de contact pensés pour être particulièrement adaptés aux modèles avec de nombreuses zones de contacts,
  • une méthode sans équivalent en termes de rapidité de résolution des matériaux linéaires et du contact.
Dynamique
Vibroacoustique avec PERMAS
L'utilisation du même outil pour les simulations statique et dynamique permet l'utilisation d'un modèle unique. Toutes les méthodes dynamiques sont disponibles pour les analyses de moteurs. Quelques points importants sont à noter :
  • les valeurs propres et les modes peuvent être calculés avec MLDR.
  • des méthodes rapides de condensation dynamique permettent des analyses efficaces de moteurs prenant en compte toutes les pièces qui y sont rattachées.
  • L'utilisation de la condensation dynamique FS permet d'intégrer les fluides dans un modèle dynamique sans avoir à gérer les degrés de liberté en pression (comme le carter d'huile par exemple).
  • la détermination de la vitesse quadratique normale permet d'évaluer la signature acoustique des moteurs.
INTES Motor
Moteur avec boulons et joint de culasse
Gasket
Joint avec champ résultant de pression
valve train
Analyse statique du train de soupapes
en grande rotation
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