FloEFD

Obtenir de meilleurs produits à moindre coût grâce à une conception basée sur la simulation

on 25 septembre 2019

La conception basée sur la simulation consiste en l’utilisation de la simulation (électronique ou mécanique) par les concepteurs aux premières étapes du processus de conception. Dans cet article, nous verrons comment cela permet d’obtenir des produits plus innovants, une plus grande probabilité que tout fonctionne du premier coup, et moins de risques que des changements importants soient nécessaires aux étapes avancées du processus de conception.

Aujourd’hui, le fait que la priorité numéro une des concepteurs soit de lancer rapidement des produits innovants sur le marché n’est plus un secret. Auparavant, cela impliquait d’achever le projet initial et de le livrer à un groupe d’experts en simulation afin de gérer les itérations et l’optimisation du projet. Bien que l’expérience des experts soit toujours appréciée, leur contribution à la phase finale du projet est de plus en plus devenue un goulot d’étranglement.

La tendance est aujourd’hui différente. Poussés par les pressions et les défis du marché, les meilleurs concepteurs du secteur ont de plus en plus recours à la simulation lors de la phase de conception.

Les pressions et les défis qui motivent le recours à la conception basée sur la simulation

Les pressions et les défis quotidiens de la production poussent les concepteurs à utiliser la simulation plus tôt dans le processus de conception et à charger l’équipe de conception de sa réalisation.

Les fabricants sont sous pression pour mieux comprendre le comportement du produit dès la phase de conception. La nécessité d’une plus grande innovation est fondamentale et constitue un catalyseur pour la création de nouvelles opportunités sur le marché. Outre la nécessité d’innover, il existe une pression énorme pour différencier les produits en termes de qualité, de fiabilité et de fonctionnalité.

Il y a moins de temps pour développer des produits innovants, en raison de programmes de développement plus courts et de la nécessité d’accélérer la mise sur le marché. Les clients réclament également des produits à faible coût, même s’ils ont besoin à la fois de fonctionnalités plus riches et « intelligentes ».

À ces pressions s’ajoutent les nombreux défis que doivent relever les concepteurs. Les produits deviennent de plus en plus complexes, mais la tolérance aux défauts de conception est également moins grande. Bien que la pression exercée pour créer des produits différenciés soit élevée, il est de plus en plus difficile de satisfaire cette différenciation, en particulier face à des ressources de développement limitées. De plus, les concepteurs doivent lancer des produits qui réduisent les coûts liés cycle de vie (garantie, rappel, etc.).

Pour atténuer la tension créée par de tels pressions et défis, les meilleurs concepteurs savent comment réagir. Confrontés à des délais de conception plus longs, à des délais de mise sur le marché plus courts et à des exigences de qualité croissantes, ils ont découvert un meilleur moyen d’innovation produit : la conception basée sur la simulation.

Pourquoi les « Top Entreprises » adoptent une conception basée sur la simulation 

Le principe de la conception basée sur la simulation est simple. Les concepteurs étant plus nombreux que les experts en simulation – dans un rapport de 5 pour 1 ou même de 10 pour 1 – le groupe de spécialistes en simulation est devenu un goulot d’étranglement dans le processus de conception. Les « Top Entreprises » du secteur ont donc réagi en introduisant la simulation directement dans l’environnement de conception. Le principe est le même que celui exprimé dans le célèbre proverbe : « Donnez un poisson à un homme, il mangera un jour. Apprenez-lui à pêcher, il mangera toute sa vie« . En pratique, la ressource des spécialistes de la simulation est mieux utilisée lorsqu’elle est un levier pour les concepteurs, afin de les conseiller pendant qu’ils simulent eux-mêmes, plutôt que de le faire à leur place.

D’après une étude du groupe Aberdeen, que nous vous mettons à disposition en téléchargement gratuit, il apparaît que 87% des « Top Entreprises » de la catégorie ont utilisé la simulation, contre 75% deux ans plus tôt. De plus, la value proposition de la simulation s’est déplacée vers les phases de conception du développement de produit.

Parmi les « Top Entreprises » de la catégorie, l’impact positif de la simulation s’est déplacé à gauche dans les phases de développement de produits axé sur la conception. Dans ces phases, l’impact positif maximum de la simulation est atteint, avec un pic dans la phase de conception détaillée au niveau des composants. Parmi tous les autres types d’entreprises, le pic reste en phase de vérification et de test. 

Avec une conception basée sur la simulation, les « Top Entreprises » garantissent le succès de différentes manières. Dans ce nouveau modèle centré sur le concepteur, les experts en simulation travaillent beaucoup avec les concepteurs lorsqu’ils ceux-ci simulent seuls. De plus, les « Top Entreprises » acquièrent les compétences des experts CAE et les rendent plus accessibles aux concepteurs. Enfin, 73% des « Top Entreprises » vérifient d’abord la conception du produit, dans le processus de développement, au moyen d’une modélisation informatique. Cette dernière étape est essentielle pour garantir que le concept du produit fonctionne correctement du premier coup. 

Alors que les « Top Entreprises » se tournent vers la conception basée sur la simulation, elles veillent également à recueillir et à partager les meilleures pratiques et compétences en matière de simulation, et à les mettre à la disposition des non-experts. Cela encourage et permet aux non-experts de se mettre à jour sur les techniques de simulation modernes. 

Les avantages de la conception basée sur la simulation

La conception basée sur la simulation porte-t-elle ses fruits ? Le rapport du groupe Aberdeen suggère fortement qu’il en est ainsi. Les « Top Entreprises » du secteur qui mettent en œuvre une conception basée sur la simulation présentent des avantages significatifs en termes de coûts de développement de produit, de délai de mise sur le marché et de qualité. 

Les meilleurs concepteurs qui implémentent la simulation au début du processus de conception surpassent facilement tous les autres, en ce qui concerne le coût du produit, son lancement et ses objectifs en termes de revenus et de qualité. Ce succès est directement attribuable à la volonté de simulation des concepteurs et à leur capacité à itérer et à innover. Cela se traduit par des projets de produits optimisés et innovants.

Les « Top Entreprises » de la catégorie ont également économisé du temps d’itération du produit, réduisant ainsi le développement de prototypes et les délais de développement.

Comme le savent tous les ingénieurs en conception, le coût d’un faux pas dans la conception est très élevé. Plus tard un problème de conception se pose, plus il est coûteux de le résoudre ou de le retravailler. La conception basée sur la simulation résout ce problème en déplaçant la simulation aux étapes précédentes dans la conception du produit. Cela rapporte beaucoup, avec une augmentation de 21% du nombre d’ordres de modification technique (ECO) émis après la sortie de la production. Tous les autres, qui n’ont pas implémenté de conception basée sur la simulation, ont connu une augmentation de 3% de l’ECO. Grâce à l’augmentation du prototypage virtuel, les meilleurs concepteurs du secteur ont construit 27% de prototypes physiques en moins. Enfin, les « Top Entreprises » ont amélioré leur temps de développement de 29%.

Conclusions et recommandations clés

Aberdeen Group recommande aux concepteurs d’atteindre leurs objectifs grâce à une conception basée sur la simulation afin de respecter au mieux les objectifs de délai de mise sur le marché, de qualité et de coût, et de contrer les pressions exercées sur la production.

  • Adopter la conception basée sur la simulation pour l’innovation de produit. La raison pour laquelle les meilleurs concepteurs ont réduit leurs prototypes physiques de 27% est due au fait qu’ils ont opté pour des prototypes virtuels et des tests virtuels. Cela leur a permis d’explorer des centaines d’itérations de conception (ou plus) et de se concentrer sur les conceptions les plus innovantes au potentiel d’innovation le plus élevé.
  • Adopter la conception basée sur la simulation pour un meilleur temps de mise sur le marché. Les meilleurs concepteurs de la catégorie ont amélioré leurs temps de développement de 29%, soit six fois plus que tous les autres. Les grandes entreprises ont également atteint les objectifs de délai de mise sur le marché 76% du temps, soit 17% de plus que toutes les autres.
  • Adopter la conception basée sur la simulation pour une qualité supérieure. 77% des meilleures entreprises de la catégorie ont atteint leurs objectifs de qualité produit. En outre, les produits « Top » étaient plus susceptibles de fonctionner correctement dès la première fois et moins susceptibles de nécessiter des changements, car les « Entreprises Top » avaient amélioré leurs ECO de 21% après leur mise en production.
  • Adopter la conception basée sur la simulation pour réduire les coûts. 71% des concepteurs des « Top Entreprises » ont atteint leurs objectifs de coûts du produit, contre 63% pour les autres.

thomas edison

Thomas Edison a dit un jour que le génie était « 1% d’inspiration et 99% de transpiration ». La conception basée sur la simulation met à jour la maxime d’Edison, permettant aux concepteurs d’innover via le prototypage virtuel et les tests virtuels. Cette nouvelle façon de faire élimine la « transpiration » du prototypage physique. Les concepteurs sont désormais libres de tester des centaines (voire des milliers) de solutions de remplacement jusqu’à ce qu’ils soient « inspirés » par le choix de conception de produit le plus innovant.

Edison a essayé plus de 1 000 prototypes physiques de l’ampoule à incandescence, avant de découvrir que le modeste filament de carbone à base de bambou produisait une ampoule d’une durée supérieure à 1 200 heures. En choisissant une conception basée sur la simulation, les ingénieurs tirent le meilleur parti des deux mondes : un produit innovant qui répond également aux objectifs de délai de mise sur le marché, de coût et de qualité.

Livre blanc

Le rapport Aberdeen sur la conception basée sur la simulation

Le texte complet de « The Benefits of Simulation-Driven Design », une étude du groupe Aberdeen sur l’adoption de la conception basée sur la simulation (Simulation-Driven Design). Cette approche nécessite que les concepteurs eux-mêmes traitent la simulation dès les phases initiales du projet et soient en mesure d’essayer différentes variantes et de voir celles qui fonctionnent le mieux, sans avoir à recourir à des prototypes physiques. Le document explique en détail comment les « Top Entreprises » du secteur électronique peuvent réduire les coûts et les délais de lancement de produits grâce à une conception basée sur la simulation.

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Celine WagnerObtenir de meilleurs produits à moindre coût grâce à une conception basée sur la simulation

Comment Renault a réduit les coûts des phares de ses voitures avec la simulation thermique

on 8 mars 2019

Aujourd’hui, la conception des phares de voiture est une partie importante du style Renault et les phares en forme de « C » font partie intégrante du charme des voitures de la société française. Le coût des groupes optiques des phares d’automobile est imputable pour 30% à la partie mécanique et pour 70% à la partie électronique. Par conséquent, les économies réalisables du côté électronique pèsent considérablement sur le coût total de ce type de composants. Dans cet article, nous verrons comment Renault a réussi à réduire les coûts de ses phares, grâce notamment à l’utilisation d’outils d’analyse thermique. Ces derniers ont permis d’optimiser progressivement les projets, d’obtenir une réduction des coûts de 50% sur les deux années 2014-2016 et même au delà.

Les phares de première génération

phares des véhicules

Figure 1. Les phares des véhicules des segments C et D analysés dans cette étude

Pour la première génération de phares à LED, l’équipe de conception a examiné six véhicules Renault de catégories C et D, de l’Espace au Koleos. (Figure 1). Toutes les plates-formes ont d’abord été normalisées avec un seul capteur de hauteur, un niveleur statique commun, un seul conducteur pour les feux de position, les feux de croisement et de route, un connecteur central commun et des modules communs pour les feux de croisement et les feux de route. Ce travail a été achevé en un an. Pendant cette période, la répartition des coûts a été examinée et environ 60% des composants des phares (Figure 2) ont été normalisés. On peut noter que les matières plastiques utilisées ne représentaient que 30% environ du prix de montage total. L’effet de volume est le principal facteur de coût pour le prix d’un phare, ainsi que son ticket d’entrée pour la fourniture. Cependant, en passant des phares halogènes en 2012 (voir la figure 3) aux phares à LED en 2014, les coûts globaux ont été multipliés par quatre. Cela a donné l’impulsion pour examiner s’il était possible de réduire les coûts de la deuxième génération de phares..

composants standard d'un phare

Figure 2 – Les composants standard d’un phare de génération 1 comparés aux coûts globaux d’un phare assemblé


L'évolution des coûts et du design des phares Renault Clio

Figure 3 – L’évolution des coûts et du design des phares Renault Clio de 2012 à 2016

Les phares de deuxième génération

L’essentiel des efforts consacrés au développement de la deuxième génération de phares a concerné la voiture populaire de catégorie B, la Renault Clio , qui faisait l’objet d’un lifting. Sur le plan esthétique, le choix s’est orienté vers le feu de position Renault typique en forme de C, basé sur des LED (Figure 3). La stratégie reposait sur quatre piliers:

  1. devenir le premier équipementier généraliste du secteur automobile avec des phares entièrement basés sur des LED intégrales dans cette voiture de ctaégorie B;
  2. réduire le prix des phares entre la première et la deuxième génération d’un facteur deux;
  3. obtenir de meilleures performances d’éclairage LED que celles de la Clio d’origine;
  4. réduire la profondeur totale de l’optique de 50 mm.

L’importance des simulations thermiques

L’équipe a normalisé la Clio sur une unité de contrôle électronique à LED, un capteur de hauteur un niveleur communs. Nous sommes ensuite passés à la lumière LED des feux de croisement, réalisant une réduction de prix de 30%, grâce à une diminution du nombre de LED, à une taille de dissipateur thermique inférieure à 30% et à des améliorations du système optique. Grâce à toutes ces interventions (tableau 1), le flux lumineux des LED a été amélioré de 33% et le groupe optique a été réduit de huit à cinq LED. En outre, l’efficacité optique a été augmentée de 25% et une réduction de 50 mm de la taille totale de l’ensemble optique a été réalisée.

Grâce aux améliorations thermiques des LED, l’équipe a pu augmenter le courant de la LED, augmenter la température maximale de la jonction et réduire le débit à une température ambiante plus basse (tableau 1). De même, avec la conception du dissipateur thermique associé, il a été possible d’obtenir une meilleure gestion de la température de jonction et une meilleure gestion du déclassement, par le biais de simulations thermiques détaillées (Figure 4).

L'évolution de la solution LED de la génération 1 vers et pour le phare Renault Clio

Tableau 1 – L’évolution de la solution LED de la génération 1 vers et pour le phare Renault Clio


L'évolution du poids des radiateurs du phare de Renault Clio

Figure 4 – L’évolution du poids des radiateurs du phare de Renault Clio de génération 1 à 2

En ce qui concerne la taille globale de l’ensemble de l’optique, la figure 5 montre la réduction de profondeur de 50 mm qui a pu être obtenue entre la première génération avec un projecteur halogène et la deuxième génération avec un projecteur à LED, grâce à un meilleur montage. La figure 6 montre des simulations CFD typiques pour un projecteur halogène réalisé avec le logiciel Mentor Graphics intégré à la CAO, FloEFD®. Ce dernier montre les flux d’air complexes et les effets thermiques pouvant se produire sur les surfaces de l’assemblage.

passage de l'ensemble phare de la génération 1 (halogène) à la génération 2 (LED)

Figure 5 – L’économie de 50 mm dans le passage de l’ensemble phare de la génération 1 (halogène) à la génération 2 (LED)


Simulation thermique d'un assemblage d'un phare de voiture

Figure 6 – Simulation thermique d’un assemblage

Les températures simulées dans les différentes conditions d’utilisation

En ce qui concerne plus particulièrement l’analyse thermique à base de CFD utilisée dans la conception des projecteurs, elle vise normalement à fournir des performances d’éclairage pour une température de l’air extérieur à 23°C et pour une température ambiante de la LED d’un maximum de 70°C. Afin de valider les simulations, des tests expérimentaux ont été réalisés dans lesquels la température ambiante était réglée à 23°C à l’extérieur du projecteur et à 8 thermocouples à l’extérieur du groupe (voir la figure 7), avec un moteur de voiture. allumé et éteint.

thermocouples d'un phare de voiture

Figure 7 – Position des huit thermocouples pour les essais avec le moteur tournant sur les phares à la température ambiante

La figure 8 montre les traces de temps du thermocouple, à la fois pour le moteur en marche et pour le véhicule à l’arrêt pendant 3 heures et 30 minutes; puis les phares sont allumés pendant 1 heure et 30 minutes avec le moteur en marche et à l’arrêt; puis les phares sont allumés et le moteur à l’état de conduite pendant 1 heure et 30 minutes. Il est clair que les températures peuvent atteindre plus de 50°C à l’intérieur du projecteur, lorsque le moteur tourne au ralenti et que l’éclairage est allumé pendant une période prolongée. De plus, la température de surface des phares peut atteindre 65°C dans certaines conditions minimales. Avec d’autres tests, il a été possible de démontrer qu’avec les feux de croisement allumés pendant une heure, la température à l’intérieur du phare était portée à 20°C, tandis que pour les feux de route actifs pendant une heure, une température supplémentaire de 5°C était constatée.

Température du thermocouple à l'extérieur de l'ensemble phare dans diverses conditions

Figure 8 – Température du thermocouple à l’extérieur de l’ensemble phare dans diverses conditions

D’autres tests ont montré que – pour des températures ambiantes de 70°C , avec les feux de croisement et les feux de route allumés, et moteur en marche – la température de jonction des LED est très proche du cas le plus défavorable de 150°C. La conclusion est qu’il est impossible de concevoir un système de LED, si vous souhaitez prendre en compte tous les cas d’utilisation. Le constructeur doit donc identifier le meilleur compromis. Par exemple, à 23°C, après une heure de marche moteur ralenti, la performance d’éclairage est indiquée à 100%, mais si la température ambiante passe à 50°C avec une marche de moteur identique, la performance d’éclairage tombe à 80%. Pour maintenir la meilleure performance, il est donc nécessaire d’ajouter un capteur thermique sur le circuit imprimé, de telle sorte que le courant puisse être réduit si la température de la LED est supérieure à un certain seuil. À ce stade, il est possible d’effectuer une baisse thermique et une baisse du flux du projecteur à LED complet.

Développements futurs

Par la suite, un plan d’action a été mis en place pour aborder la simulation et les tests de l’éclairage en mode de conduite transitoire (Figure 9). En tant qu’équipementier, le souhait est de simuler l’impact de la vitesse de la voiture sur les performances thermiques de son éclairage, et en particulier sur la variation thermique due à la vitesse de chacun des moteurs de la voiture. A l’avenir, cela rendra l’utilisation du logiciel CFD pour les concepteurs d’éclairage cruciale.

Mesure de la température des phares dans les situations de moteur à l'arrêt

Figure 10 – Mesure de la température des phares dans les situations de moteur à l’arrêt

De plus, il est nécessaire de modéliser le comportement thermique du compartiment moteur à proximité de , parallèlement à la simulation des phares, car ils s’influencent mutuellement. Il faudra également une gestion thermique à l’intérieur du projecteur, lorsque des inducteurs thermiques seront présents. En résumé, Renault estime que le constructeur devrait être responsable de l’ensemble du système thermique associé à la conception des phares.

L’objectif de l’équipe Renault Lighting est d’obtenir une réduction supplémentaire de 50% sur le coût de l’ensemble du système d’optique, le ramenant ainsi à un niveau comparable à celui observé avec les phares à halogène des 5 années précédentes (Figure 10).

Feuille de route de Renault pour réduire les coûts des phares jusqu'à la génération 3.

Figure 11 – Feuille de route de Renault pour réduire les coûts des phares jusqu’à la génération 3.

Télécharger un ebook sur les véhicules autonomes avec un résumé en français:

Key Engineering Challenges for Commercially Viable Autonomous Vehicles

voitures autonomes

Les annonces faites par un grand nombre de constructeurs automobiles sur la commercialisation des voitures autonomes posent de nouveaux défis aux mêmes constructeurs automobiles et à leurs fournisseurs traditionnels. Dans ce contexte d’évolution rapide vers le véhicule autonome, Mentor Automotive propose un ensemble unique de solutions (logiciels, systèmes et services) pour relever ces nouveaux défis avec succès.

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CadlogComment Renault a réduit les coûts des phares de ses voitures avec la simulation thermique

Mécanique des fluides numérique 1D et 3D, quelle est la différence?

on 16 février 2018

De nombreux concepteurs se demandent quelle est la différence entre la simulation CFD 1D et la simulation 3D, peut-être en raison de l’analogie avec les systèmes de CAO, qui permettent de travailler à la fois en 2D et en 3D. La conception bidimensionnelle fonctionne sur le plan, le plan tridimensionnel dans l’espace. Et le unidimensionnel?

La simulation CFD 1D s’applique généralement au niveau du système, tandis que la simulation 3D au niveau du composant individuel. Les CFD 1D et 3D permettent aux concepteurs de mieux comprendre les flux de fluides et d’améliorer la conception. Dans de nombreuses organisations, les deux sont utilisés pour obtenir de meilleurs produits et pour garantir que les performances requises sont atteintes.

Dans la simulation CFD 1D, chaque élément du système ou processus physique est représenté par un composant individuel et discret. La performance est basée sur des données empiriques ou sur une corrélation théorique. La figure suivante montre l’exemple d’un système simple flanqué de sa représentation schématique à des fins de simulation.

L’avantage le plus important d’un logiciel de simulation CFD 1D est sa vitesse, précisément parce que les calculs sont faits au niveau du système. Le plus important de ces logiciels est FloMASTER, qui se caractérise également par un haut niveau de précision.

Les simulations 1D et 3D jouent ainsi un rôle complémentaire dans la conception d’un système, par exemple dans les secteurs de l’automobile, de l’aéronautique ou des grands systèmes. FloMASTER travaille en étroite intégration avec FloEFD, l’outil de simulation 3D au niveau des composants. De cette manière, les concepteurs peuvent envisager une gamme plus large de scénarios de conception pour atteindre le niveau de définition souhaité.

Le diagramme suivant montre les principales différences entre les outils de simulation 1D et 3D.

Simulation 1D

  • Détail au niveau du composant
  • Corrélations empiriques, données de test, 3D CFD, théorie
  • Concevoir un système idéal ou analyser un système existant
  • Rapide et facile à utiliser
  • Peu détaillé

Simulation 3D

  • Détail au niveau du volume de contrôle
  • Base théorique
  • Concevoir un nouveau composant ou étudier une géométrie existante
  • Il faut du temps pour l’utiliser et le besoin de compétences spécifiques
  • Très détaillé

FloMASTER

Modélisation thermofluidodynamique unidimensionnelle

FloMASTER est un outil logiciel utilisé dans tous les secteurs industriels pour réduire les délais et les coûts de développement des systèmes thermo-hydrodynamiques.

« FloMASTER vous permet de travailler très rapidement, mais la précision est vraiment imbattable. Il peut également être entièrement intégré à la simulation FloEFD 3D »

Demande d’information sur le produit:

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CadlogMécanique des fluides numérique 1D et 3D, quelle est la différence?

Aérodynamique du vélo : analyse CFD du Tour de France

on 3 juillet 2017

L’aérodynamique du vélo est l’un des facteurs qui influencent le plus les résultats de compétitions sportives telles que le Tour de France. Le grand favori de cette course est le britannique Chris Froome, mais sa conquête du 4ème titre est loin d’être une évidence. En tant qu’entreprise technologique, nous proposons une approche scientifique du Tour, en examinant les phénomènes liés à l’aérodynamique appliquée au monde du cyclisme. Nous les avons analysés à travers la simulation mécanique des fluides (dite CFD, Computational Fluid Dynamics), une méthode d’analyse numérique qui se base sur des outils logiciels sophistiqués comme FloEFD.

Les cyclistes ont besoin de nombreuses heures d’entraînement pour atteindre leur puissance maximum, mais l’évolution de cette dernière est « asymptotique », c’est à dire qu’elle augmente de moins en moins avec l’augmentation de l’effort. Ainsi, à partir d’un certain niveau, si on veut se démarquer des autres, il s’agit d’augmenter l’efficacité, à l’instar de ce que l’on peut observer dans le monde industriel.

La résistance aérodynamique – ou coefficient de traînée – est la principale force à laquelle le cycliste doit se mesurer une fois les 25 km/h dépassés. Là aussi, le rapport entre vitesse et résistance à l’air n’est pas linéaire : l’effort demandé avec l’augmentation de la vitesse s’accroît à un tel point qu’arrivé à un certain stade, il vaut mieux miser sur l’augmentation de l’efficacité plutôt que de la vitesse.

La résistance aérodynamique dépend de deux éléments : la pression – qui s’exerce contre les surfaces – et le frottement, qui s’exerce tangentiellement. La pression, dans le cas du cyclisme, s’exerce frontalement sur le corps du coureur et sur son dos, à cause du phénomène dit flow separation, autrement dit la séparation des deux flux d’air. La position du corps influe beaucoup sur ce phénomène, et peut l’amoindrir de façon significative comme le montre la figure suivante.

aerodinamica del ciclismoLe deuxième facteur de résistance aérodynamique provient des roues, et notamment des rayons, principaux responsables des turbulences. Il peut être remédié à ce problème en remplaçant les rayons par des disques pleins, mais cette solution ne fonctionne que lorsque le vent arrive de face, comme dans un vélodrome. Lorsqu’il est latéral, la résistance des roues devient excessive.

Pour réduire la résistance de l’air, les cyclistes recourent à des stratagèmes, tels que les casques aérodynamiques, des vêtements moulants et même l’épilation du corps.

Mais la méthode la plus efficace pour limiter la résistance de l’air est celle du travail en équipe. En se plaçant dans le sillage d’un coéquipier, on peut profiter de son flux aérodynamique et pédaler avec un moindre effort. Plus on se rapproche et plus grand est l’avantage que l’on peut en tirer, mais il ne faut pas exagérer si on ne veut pas risquer la collision ! Le graphique suivant montre les avantages pouvant être obtenus en fonction de la distance, pour un cycliste isolé et pour deux cyclistes respectivement. On observe que lorsqu’ils sont deux, le cycliste qui se trouve devant reçoit un léger avantage (ligne bleue), mais c’est celui qui suit (ligne rouge) qui en tire le plus gros bénéfice.

L’avantage d’être dans le sillage est encore plus évident lorsque l’on court en groupe. Dans ce cas, les avantages découlent de plusieurs influences réciproques. Le calcul à travers la simulation CFD nous a permis de définir la meilleure position au sein du peloton. Dans l’image qui suit et dans le graphique en histogramme, obtenus à partir de l’application FloEFD, on peut observer que c’est le cycliste placé en tête qui fournit le plus gros effort. Cependant, on remarque également qu’aucun d’entre eux n’atteint les 100% d’effort qu’un cycliste isolé serait amené à fournir. C’est la raison pour laquelle les étapes de plaine sont souvent remportées par le peloton. Ce dernier se déplace avec une plus grande efficacité par rapport aux cyclistes isolés, et vers la fin, les sprinteurs peuvent faire une échappée et gagner l’étape.

aérodynamique du vélo dans un groupeLire d’autres articles sur : CFD

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Stefano MorlacchiAérodynamique du vélo : analyse CFD du Tour de France

Simulation CFD, les 7 technologies clés de FloEFD

on 22 mai 2017

La simulation CFD est une activité clé de la conception de systèmes électroniques, de composants pour le secteur automobile et d’installations. Dans ce contexte, FloEFD de Mentor représente l’un des outils les plus importants. Il s’agit d’un logiciel simulation thermo-fluidique en 3D intégré dans les principaux programmes de CAO mécanique tels que Creo, CATIA V5, Siemens NX, Solid Edge et SolidWorks. FloEFD permet aux utilisateurs d’effectuer la simulation CFD dès le début du processus de conception. Les concepteurs peuvent ainsi analyser les caractéristiques CFD du produit de façon précoce et abandonner immédiatement les choix de conception les moins efficaces. FloEFD permet en outre d’automatiser les principales étapes des analyses CFD, telles que la création du volume fluide, le maillage, l’importation/exportation de la géométrie : des phases particulièrement onéreuses lorsqu’elles sont réalisées à l’aide des logiciels CFD classiques. Ce qui fait tout l’avantage de FloEFD, c’est qu’il combine 7 technologies clés (voir l’illustration ci-dessous).

1) Direct CAD-to-CFD Concept

FloEFD est entièrement intégré dans les principaux logiciels CAO. Cela permet de surmonter certaines étapes compliquées dans les flux de travail CFD, telles que l’importation/exportation de modèles géométriques, l’identification du volume fluide ou le defeaturing du modèle CAO vers le modèle CFD. De plus, le modèle CAO et le modèle CFD (Coalescence de bulles, fluide, paramètres maillage) restent synchronisés, permettant l’analyse des variations de conception.

2) Engineering vs. Analysis User Interface

FloEFD se caractérise par une série d’assistants et d’interfaces utilisateur conçus par les concepteurs, pour les concepteurs. Ces outils accompagnent l’utilisateur tout au long de la création du modèle CFD jusqu’à l’affichage des résultats (interfaces avec Excel, génération automatique de rapports). En fait, FloEFD est tellement intuitif, que la plupart des utilisateurs (même sans être des spécialistes CFD) affirment réussir à utiliser le logiciel au bout de même pas huit heures de formation.

3) Fast Automated Meshing

FloEFD repose sur la technique de maillage appelée Immersed Boundary Meshing. Cette technologie propriétaire de Mentor est basée sur la création d’un maillage cartésien et sur le concept de SmartCells, à savoir des cellules qui peuvent contenir des domaines aussi bien fluides que solides. Cette technique permet de mailler automatiquement des géométries complexes, affinant le maillage initial en fonction d’exigences géométriques et/ou physiques (solution adaptive remeshing). Pour obtenir plus d’informations sur cette technologie, vous pouvez demander à Mentor un document de présentation technique.

4) Modified Wall Functions

FloEFD dispose d’une technologie consacrée à la modélisation de la couche limite indépendante du maillage. Cette technologie propriétaire de Mentor repose sur deux approches à la solution de couche limite, qui se différencient de par la taille relative de la couche limite par rapport aux éléments qui la composent. Vous trouverez de plus amples informations sur cette technologie dans ce document de présentation technique :

5) Unique Laminar-Transitional-Turbulent Modeling

FloEFD ne demande aucune donnée d’entrée spécifique de la part de l’utilisateur pour simuler des régimes de flux laminaires, transitoires ou turbulents, ces derniers étant tous résolus au sein du même modèle. Ainsi, inutile de se soucier d’identifier où et quand les caractéristiques de flux changent au sein du modèle. FloEFD le fait automatiquement de façon autonome. Vous trouverez de plus amples informations sur cette technologie dans ce document de présentation technique :

6) Automatic Convergence Control

Grâce aux technologies énumérées ci-dessus dans le domaine des techniques de maillage, de couche limite et de modèles de turbulence, FloEFD se caractérise par une convergence très solide, qui rend superflu l’ajout de viscosité numérique au modèle. En plus des paramètres typiques liés à la solution des équations Navier Stokes, on peut définir de nouveaux paramètres d’ingénierie (pressions, températures, flux, etc.) et suivre ces paramètres en temps réel pendant l’analyse CFD.

7) Design Variant Analysis

La caractéristique probablement la plus puissante de FloEFD, c’est qu’il facilite la réalisation d’études paramétriques, d’optimisations ou d’analyses « what-if ». Avec FloEFD, modifier les modèles et les analyser dans la foulée devient un jeu d’enfant. Le processus est simple : l’application vous aide à créer différentes variantes de vos projets, en modifiant votre modèle solide directement dans le CAO, sans avoir à réappliquer au modèle des paramètres tels que les charges, les conditions environnantes, les propriétés du matériel, etc. De plus, FloEFD permet de comparer automatiquement les résultats des différentes variantes. floefd 7 key technologies for CFD simulation Voir d’autres articles sur : CFD

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Stefano MorlacchiSimulation CFD, les 7 technologies clés de FloEFD

Les 3 facteurs qui font de l’automobile le secteur actuellement le plus innovant

on 27 janvier 2017

Le marché de l’automobile et le secteur automobile en général se placent, dans le monde entier, au centre de nos vies. Les modalités d’utilisation des moyens de transport changent, le rôle et la valeur qu’on leur attribue changent aussi, mais ces derniers jouent un rôle central dans notre vie professionnelle, dans nos relations familiales, dans nos projets pour le futur. Et dans le secteur automobile, on assiste à une convergence de tout ce qui se fait d’important dans le domaine technologique.

La centralité du secteur automobile du point de vue technologique se traduit par des phénomènes d‘implication directe d’entreprises informatiques telles que Google dans l’industrie automobile, par une utilisation de composants électroniques de la part des constructeurs automobiles qui n’a d’égal dans aucun autre produit, par l’intégration de plus en plus étroite entre les appareils technologiques personnels et l’automobile. Tous les mots clés les plus actuels mettent le secteur automobile en vedette. Lorsque l’on parle de Big Data, on ne peut pas éviter de mentionner une application telle que Google Trafic, basée sur la détection de la densité des smartphones Android sur les routes, ni oublier le suivi rendu possible par les caméras intelligentes ou les « boîtes noires » installées à bord des voitures par les compagnies d’assurance. S’agissant de l’IdOl’Internet des Objets, l’investissement des producteurs au niveau global est réellement frénétique ; aujourd’hui le dialogue entre le smartphone et l’automobile est déjà plutôt sophistiqué, mais le véhicule est également en mesure de recevoir des avis sur la circulation en temps réel, de payer les péages d’accès et les parkings de façon autonome, de transmettre vos playlists préférées de Spotify.

L’application au secteur automobile des technologies IdO est assez significative, car il s’agit à l’heure actuelle du seul contexte où l’Internet des Objets est véritablement en train de mettre en oeuvre ses promesses de façon tangible. C’est le lieu où convergent toutes les innovations technologiques les plus importantes, intéressant plus particulièrement l’industrie électronique.

Parallèlement aux innovations technologiques, on assiste à autant d’innovations majeures au niveau social. L’introduction de pratiques telles que le covoiturage s’est révélée assez féconde et pourrait entraîner à l’avenir une diminution significative du nombre des voitures en ville, du temps passé à leur intérieur, ainsi que des dépenses pour les gérer, comme l’a entre autres envisagé The Economist. La nouvelle mobilité est également à relier à d’importants phénomènes au niveau global, tels que la tendance qui voit près de 60% de la population mondiale vivant désormais dans les mégalopoles. On peut voir dans les voitures sans conducteur l’amorce de nouveaux changements majeurs : le carrosse s’est passé du cheval et cela a représenté une révolution ; qu’adviendra-t-il lorsqu’il se passera du cocher ?

Les 3 facteurs qui font de l’automobile le secteur le plus innovant

Selon Andrew Macleod, de Mentor Graphics, la convergence universelle vers le secteur automobile est animée par trois facteurs clés : la demande des consommateurs ; les voitures sans conducteur et les voitures électriques.

  1. Les consommateurs souhaitent de plus en plus acheter de la mobilité plutôt que des véhicules et se montrent de plus en plus intéressés par les services liés aux voitures, par les possibilités de divertissement, mais également par des facteurs comme la sécurité. Ce seront nous, les consommateurs, à décider des véritables lignes de développement du marché. Entre-temps, la diffusion de l’électronique a abouti à l’installation de 150 microprocesseurs à bord d’un véhicule haut de gamme et jusqu’à 100 000 lignes de code logiciel.
  2. La voiture sans conducteur représente le deuxième facteur clé. Dans ce domaine, la technologie évolue plus rapidement que les attentes des consommateurs. Le défi actuel est celui de trouver un moyen d’occuper le conducteur humain, de façon à ce qu’il puisse intervenir en cas de besoin. Étant donné que l’on estime que 90 pour cent des accidents sont causés par des facteurs humains, la voiture sans conducteur pourrait théoriquement représenter une solution valable, mais l’expérience a montré jusqu’ici qu’il subsiste une certaine marge d’erreur, à laquelle pourrait pallier une plus grande contribution de l’intelligence artificielle (AI).
  3. La voiture électrique est la promesse d’une énergie propre, d’un taux d’émission 0, d’une mobilité durable et repousse les frontières du design automobile. On assistera à de nouveaux modes de déplacement en centre-ville et peut-être même à une interaction vertueuse entre la production diffuse d’énergie électrique et la gestion du parc de véhicules des familles.

L’électronique de plus en plus présente à bord des véhicules

Cette convergence de toutes ces branches d’innovation vers le secteur automobile intéresse de nombreux acteurs à tous les niveaux : non seulement les constructeurs automobiles, mais aussi les fournisseurs de composants et leurs sous-fournisseurs, ainsi que les nombreuses entreprises et opérateurs assurant à la fois la réalisation et la gestion des infrastructures de mobilité. Sans oublier bien sûr les personnes chargées de gérer les services s’y rapportant.

Chez Cadlog, nous sommes très impliqués dans le secteur automobile, en raison de la présence de plus en plus importante de l’électronique. Voici quelques exemples.

  • Les tableaux de bord des véhicules sont en train de connaître une révolution, les indicateurs analogiques traditionnels étant peu à peu remplacés par des interfaces graphiques sophistiquées (HMI), réalisées grâce à des logiciels comme Altia et son application de pointe Altia Design, en mesure de garantir une très grande fiabilité des interfaces numériques.
  • Tous les aspects thermiques et fluidodynamiques ont besoin de méthodologies de conception CFD pour la gestion de facteurs tels que la régulation de la température dans les différents éléments (moteur, phares, habitacle, …). Un des logiciels les plus utilisés dans ce domaine est FloEFD de Mentor Graphics, le seul outil CFD à être à l’heure actuelle réellement intégré et embarqué dans les principaux système de CAO mécanique (voir à ce sujet notre livre blanc sur la CFD dans l’industrie automobile).
  • Les composants électroniques, désormais omniprésents à bord de tous les véhicules, se doivent d’être de plus en plus petits tout en garantissant des prestations irréprochables, quelles que soient les conditions climatiques ou de sollicitation mécanique. C’est là qu’intervient PADS, un logiciel dédié à la conception électronique, qui contient l’ensemble des éléments nécessaires pour procéder à la fabrication dans les meilleurs délais et sans erreurs, après avoir effectué l’ensemble des analyses et des simulations exigées.
  • Les câblages structurés (câblages et faisceaux de câbles) sont de plus en plus complexes, sous l’effet de la démultiplication de l’électronique. Les meilleurs choix pour les concepteurs, du point de vue des outils, sont représentés par Capital et Vesys.
  • Dans le secteur de la production, une autre révolution est en cours, à savoir ce que l’on appelle l’Industrie 4.0, alimentée par des logiciels tels que Valor MSS, qui permettent aux machines d’assemblage de devenir plus intelligentes et de prendre de nombreuses décisions de façon autonome.
  • Dans la traçabilité du produit, les normes rigoureuses de l’industrie automobile en matière de traçabilité des matériaux peuvent être respectées sans difficulté, grâce à des outils comme Valor Material Traceability.

Nous comptons parmi nos clients d’importants acteurs du secteur, auxquels viennent se joindre de nouveaux venus, car le secteur automobile a un besoin important en termes d’électronique. Et nous avons tous besoin de véhicules de plus en plus sécurisés, durables et simples à utiliser.

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