Abaqus Multiphysics
Des solutions complètes pour une simulation réaliste
Simulation et analyse multiphysiques dans Abaqus
Les différentes disciplines physiques telles que la mécanique structurelle, la dynamique des fluides, la thermodynamique et l'électromagnétisme sont étroitement liées. En effet, l'interaction entre différents phénomènes physiques et la conversion de l'énergie d'une forme à une autre sont cruciales dans la plupart des applications industrielles.
Par exemple, pour concevoir des batteries lithium-ion efficaces et fiables, les ingénieurs doivent tenir compte non seulement du comportement électrochimique, mais aussi de l'emballement thermique et de la dynamique des fluides de l'électrolyte, ainsi que de la flexion et de la dilatation structurelles. Même pendant la fabrication, les effets multiphysiques doivent être contrôlés, qu'il s'agisse de l'écoulement du plastique dans le moulage par injection ou de l'accumulation d'humidité pendant l'assemblage électronique.
La suite de produits Abaqus Unified FEA offre de puissantes fonctionnalités pour la résolution des problèmes multiphysiques. Ces fonctionnalités ont été développées au fil des années et entièrement intégrées dans la solution Abaqus de base. Elles sont largement utilisées dans de nombreuses applications d'ingénierie pour des produits et des projets actuels.
La technologie multiphysique a toujours fait partie d'Abaqus. Depuis Abaqus V2 (en 1979), Abaqus/Aqua permet de simuler la charge hydrodynamique des vagues sur les structures flexibles des pipelines offshore. Des fonctionnalités multiphysiques supplémentaires ont été ajoutées au fil des ans, telles que les couplages de fluides, thermiques, électriques et bien d'autres, répertoriés ci-dessous.
Création d'un flux de simulation multiphysique dans Abaqus
Pour répondre à ces applications complexes, Abaqus propose une gamme de fonctionnalités de simulation multiphysique, notamment le mappage séquentiel des résultats, les procédures de résolution entièrement couplées et la co-simulation :
- Mappage séquentiel des résultats : la fonctionnalité de champ externe d'Abaqus fournit un cadre général pour le mappage des résultats d'une simulation en amont vers une simulation Abaqus. Citons par exemple le mappage de la température à partir d'une simulation de transfert de chaleur en amont et le mappage de la pression à partir d'une simulation de mécanique des fluides en amont.
- Simulation entièrement couplée : lorsque le couplage unidirectionnel est insuffisant, Abaqus propose des procédures de résolution entièrement couplées qui comprennent les contraintes thermiques, l'analyse thermique-électrochimique-structurelle, l'analyse acoustique-structurelle et l'écoulement des fluides à travers des supports poreux.
- Co-simulation : un cadre de co-simulation ouvert permet de connecter Abaqus à des solveurs externes.
L'avantage d'Abaqus Multiphysics est la facilité avec laquelle un utilisateur effectuant des analyses FEA structurelles avec Abaqus peut résoudre les problèmes multiphysiques. En conservant le même modèle, la même bibliothèque d'éléments, les mêmes données de matériaux et le même historique de charge, il est facile d'étendre un modèle d'analyse FEA structurelle Abaqus pour inclure une interaction physique supplémentaire.
Fonctionnalités multiphysiques d'Abaqus
- Simulation couplée Euler-Lagrange
- Simulation hydrostatique-fluide-mécanique
- Simulation piézoélectrique-mécanique
- Simulation structurelle-acoustique
Simulation couplée Euler-Lagrange
L'approche couplée Euler-Lagrange (CEL) d'Abaqus permet aux ingénieurs et aux scientifiques de simuler des problèmes où l'interaction entre les structures et les fluides est importante. Cette fonctionnalité ne repose pas sur le couplage de plusieurs produits logiciels, mais consiste à résoudre simultanément l'interaction fluide-structure (FSI) dans Abaqus.
Simulation hydrostatique-fluide-mécanique
La fonctionnalité multiphysique de simulation hydrostatique-fluide-mécanique permet à l'utilisateur d'inclure les effets des cavités entièrement fermées remplies de gaz ou de liquide dans leur modèle. Elle est utile pour simuler des ballons, des airbags, des coussins de siège, des chaussures de sport, des réservoirs partiellement remplis et d'autres conteneurs, des ressorts pneumatiques, des poches de perfusion intraveineuse et de nombreuses autres applications qui nécessitent de tenir compte de la relation pression-volume de l'enceinte et de l'énergie à l'intérieur du fluide enfermé.
Simulation piézoélectrique-mécanique
Abaqus dispose d'une fonctionnalité complète de simulation piézoélectrique-mécanique électrostatique bidirectionnelle permettant au flux électrique de créer des contraintes (et une déformation) dans le matériau et de modifier le potentiel électrique.
Simulation structurelle-acoustique
L'interaction structurelle-acoustique concerne divers domaines d'application, y compris la propagation du bruit, le rayonnement et l'atténuation ou l'amplification acoustique. Abaqus intègre la simulation du bruit dans le solveur d'éléments finis, ce qui permet d'effectuer des simulations acoustiques structurelles entièrement couplées au sein des flux de travail Abaqus habituels.
- Simulation thermique-électrique
- Simulation thermique-mécanique
- Simulation thermique-fluide-mécanique
- Simulation structurelle-pression interstitielle
Simulation thermique-électrique
L'intensité du courant génère de la chaleur qui modifie la résistivité. Ce changement de résistivité modifie à son tour l'intensité du courant. Ce type de simulation est utile pour les appareils électroniques sensibles tels que les fusibles, les liaisons, les pistes électriques et les filaments d'ampoules.
Simulation thermique-mécanique
L'interaction thermique-mécanique va de la simple contrainte thermique (couplage unidirectionnel de la simulation thermique vers l'analyse de contrainte) au transfert de chaleur plus complexe par frottement (où le glissement par frottement génère de la chaleur, comme dans les systèmes de freinage) et à la simulation de déplacement-température entièrement couplée (où le mouvement affecte le transfert de chaleur et vice versa).
Simulation thermique-fluide-mécanique
Dans de nombreux processus industriels, les effets combinés de l'humidité et de la chaleur ont un impact crucial sur les performances ou le comportement du produit pendant l'assemblage. En tenant compte du comportement détaillé du produit dans des conditions de fonctionnement réalistes, les concepteurs et les ingénieurs peuvent identifier la conception ou le processus de fabrication idéal pour un objectif de performance donné.
Simulation structurelle-pression interstitielle
L'influence de l'eau sur le comportement des sols soumis à une charge est extrêmement complexe. Une approche couplée sophistiquée est nécessaire pour fournir des résultats de simulation qui facilitent la prise de décisions de conception éclairées.
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FAQ sur la simulation multiphysique
La simulation multiphysique est une technique de calcul qui permet de résoudre des problèmes complexes impliquant plusieurs processus ou phénomènes physiques. Elle offre plusieurs avantages qui améliorent considérablement la conception, l'analyse et l'optimisation de systèmes complexes.
- Informations complètes : il est possible d'analyser des systèmes et des phénomènes réels où plusieurs facteurs physiques interagissent, tels que les effets thermiques sur l'intégrité structurelle, pour une compréhension plus précise et globale des comportements du système.
- Réduction des coûts : la possibilité de prévoir et d'optimiser les performances des conceptions ou des processus avant la création de prototypes physiques peut considérablement réduire le temps et l'argent consacrés aux tests expérimentaux.
- Innovation et optimisation : l'exploration d'un espace de conception plus vaste et l'évaluation d'un plus grand nombre de variables et d'interactions que les simulations monophysiques traditionnelles permettent d'obtenir des solutions innovantes et des conceptions optimisées qui seraient autrement impossibles.
- Atténuation des risques : il est possible d'identifier les problèmes de conception potentiels et les points de défaillance en simulant différentes conditions de fonctionnement et des scénarios extrêmes, ce qui permet d'améliorer la sécurité et la fiabilité.
- Délais de mise sur le marché plus courts : le processus de développement des produits est plus court grâce à des itérations rapides de la conception basées sur les retours de la simulation, réduisant ainsi le délai global entre la conception et la mise sur le marché.
Un logiciel de simulation multiphysique est un outil de calcul qui permet de simuler et d'analyser les interactions entre différents phénomènes physiques, notamment sur le plan thermique, mécanique, électrique et de la dynamique des fluides, le tout au sein d'une même structure. Il facilite ainsi l'étude exhaustive et l'optimisation de systèmes complexes impliquant plusieurs processus physiques interdépendants.
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