L’étude de topologie avec SOLIDWORKS Simulation 2018

SOLIDWORKS Simulation 2018 introduit un nouveau type d’étude, l’étude de topologie, qui permet aux concepteurs et aux ingénieurs de développer des composants plus légers et innovants. En se basant sur les blocages et chargements, l’étude de topologie « retirera » des éléments du maillage par éléments finis jusqu’à ce que la masse cible ou le meilleur rapport rigidité/poids soit atteint. Ce processus itératif de suppression d’éléments est limité par les contraintes de l’étude, telles que la déflexion maximale admissible et les contrôles de fabrication.

Découvrons ensemble cette nouvelle étude plus en détail. Pour cela, nous allons nous appuyer sur un exemple simple que j’ai mis en œuvre tout récemment. Le modèle, présenté ci-dessous, est un mécanisme simple d’ouverture de capot pneumatique. Notre objectif est d’affiner la conception du bras (en bleu dans l’image) pour réduire sa masse tout en préservant sa rigidité.

 

La première étape du processus d’amélioration de la conception consiste à déterminer les chargements subis par le bras lorsque la charnière est en fonctionnement. La version actuelle de l’étude de topologie ne peut être appliquée qu’aux pièces contenant un seul corps. Mais dans le cas présent, les chargements subis par le bras sont provoqués par les mouvements du mécanisme. En effectuant une analyse de mouvement sur l’assemblage, il est possible de calculer les chargements aux points de raccordement du bras puis de les appliquer à la pièce pour analyse. Les chargements s’exerçant sur le bras sont représentés par la taille des flèches jaunes dans l’image ci-dessous. L’effort dans le ressort à gaz est indiqué dans le diagramme.

Notez qu’il est recommandé d’effectuer une étude statique avant toute étude de topologie. Ceci permet de s’assurer que les chargements appliqués n’aboutissent pas à un état ne respectant pas les hypothèses statiques linéaires de faibles déflexions et de contraintes inférieures à la limite d’élasticité des composants.

La création d’une étude de topologie n’est pas fondamentalement différente de celle d’une étude statique ; les matériaux, les chargements et les blocages restent les mêmes. La différence se situe au niveau des deux nouvelles entrées : Les Objectifs, les Contraintes et les Contrôles de Fabrication.

L’objectif de l’étude de topologie peut être soit de limiter la masse ou la déflection de votre pièce, soit d’augmenter sa rigidité (meilleur rapport rigidité/poids). Il est préférable d’opter en premier lieu pour le meilleur rapport rigidité/poids (qui maximise la rigidité).

Si vous souhaitez fixer une limite haute pour le déplacement du composant lors de l’étude de topologie, utilisez l’objectif « limiter le déplacement maximal » ou « limiter la masse » avec une option « contrainte de déplacement ». Vous remarquerez que les trois objectifs limitent systématiquement la masse. Les images ci-dessous montrent les conséquences sur les résultats d’une variation de la réduction de masse souhaitée.

La dernière étape de configuration de l’étude consiste à ajouter des contrôles de fabrication. Il s’agit d’une étape facultative qui n’est pas nécessaire pour l’exécution de l’étude. Notez cependant qu’elle permet à la fois de garder le contrôle sur la forme résultante et de tenir compte des méthodes de fabrication en aval. Les contrôles de fabrication sont des régions préservées. Vous pouvez donc exclure certaines zones du modèle du processus topologique. Cela concerne notamment le contrôle d’épaisseur, qui permet de définir des épaisseurs minimales, ainsi que la symétrie du modèle et la définition d’une direction d’ouverture pour le démoulage, qui est une contrainte de moulage.

SOLIDWORKS Simulation intègre un gestionnaire de scénarios de chargement qui est idéal pour cette simulation, car il permet de déterminer la masse minimale du composant capable de supporter tous les chargements exercés lors du fonctionnement de la charnière.

Une fois que vous avez obtenu vos résultats topologiques, comment pouvez-vous les utiliser ? Pour les personnes qui ont accès à une imprimante 3D, le résultat d’une étude de topologie peut être exporté sous forme de maillage lissé. Ce maillage peut être envoyé directement à une imprimante 3D pour fabrication, mais une validation plus poussée de votre composant en fonction des matériaux utilisés par l’imprimante est essentielle.

Mais cela ne veut pas dire que l’étude de topologie n’a pas d’utilité pour les procédés de fabrication traditionnels. Les résultats d’une étude de topologie peuvent être superposés à la géométrie d’origine et servir de guide pour créer des découpes et des poches pour les solutions FAO traditionnelles.

La topologie, l’impression 3D et d’autres solutions émergentes modifient nos attentes en matière de conception de produits. Avec le lancement de SOLIDWORKS 2018, nos clients ont la possibilité de tirer parti de ces technologies et procédés de fabrication nouveaux pour mettre sur le marché des produits innovants. L’utilisation de l’étude de topologie alliée à la fabrication additive permet aux entreprises de revoir la conception d’une pièce existante afin de réduire son poids et d’améliorer ses performances (meilleur rapport résistance/poids). Cela permet également de combiner plusieurs pièces en un seul élément afin de réduire leur nombre.

Regardez la vidéo d’introduction à l’optimisation de la topologie ci-dessous, puis rendez-vous sur le site Web de lancement de SOLIDWORKS 2018 pour en savoir plus.