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Simulation de la mécanique des structures
avec VGSTUDIO MAX
Effectuez des simulations de contraintes par éléments finis (FE) directement sur des images de tomographie assistée par ordinateur (CT). La simulation de la mécanique des structures proposée par VGSTUDIO MAX fournit un modèle de simulation facile à utiliser qui est particulièrement adapté aux structures très complexes telles que les mousses, les structures en treillis ou les composants à microporosité, car aucun maillage conforme à la géométrie n’est nécessaire. En un clic, vous pouvez maintenant inclure les résultats d’une analyse de porosité pour simuler les concentrations de contrainte autour de défauts. Les résultats ont été validés par des essais expérimentaux et des simulations FEM classiques.
Fonctionnalités de simulation de la mécanique des structures
Simulation mécanique directement sur les données tomographiques
Travaillant directement sur les données voxel, notre logiciel de simulation d’éléments finis (FE) facile à manipuler :
- Permet d’appliquer une charge mécanique statique en offrant le choix entre force dirigée, couple et pression.
- Permet la simulation d’une sonde de matériau ainsi que de composants composés d’un seul ou de plusieurs matériaux à élasticité linéaire.
- Simplifie la construction de modèles de simulation, même pour les structures très complexes, comme les mousses ou les composants à microporosité, ainsi que les structures biomécaniques.
- Utilise la détermination de surface locale adaptive à précision sous-voxel dans VGSTUDIO MAX.
- Calcule, en un clic, la concentration de contraintes autour de micro-défauts en incluant les résultats d’un cycle d’analyse de porosité utilisant les algorithmes dans VGSTUDIO MAX.
- Offre un flux de travail homogène de la segmentation du matériau jusqu’à la simulation au sein d’un même logiciel.
Analyse de contraintes sur un support de structure aéronautique optimisé bioniquement
Échantillon de matériau compressé de la mousse ouverte en aluminium
Concentration de contraintes autour de pores individuels dans un composant
Croc de serpent chargé (causus rhombeatus) avec visualisation des lignes de force indiquant la force de morsure simulée (Données de du Plessis, A., le Roux, S. G., & Broeckhoven, C. (2016), image tomographique de Stellenbosch CT Scanner Facility)
Résultats
Visualisez vos résultats directement sur le scan du composant réel :
- Calculez et visualisez la contrainte Von Mises, la contrainte de cisaillement maximale et la contrainte principale maximale pour l’évaluation de la limite d’élasticité plastique ou l’estimation du risque de rupture.
- Visualisez le champ de tenseur de contrainte sous forme de lignes de force illustrant la direction des vecteurs propres du tenseur de contrainte, leur longueur équivalant à l’ampleur de la valeur propre correspondante.
- Affichez l’ampleur du déplacement par code couleur à chaque point dans le volume calculé afin de visualiser la déformation calculée.
Concentration de contraintes aux points chauds
Identifiez dans la pièce les zones chargées de façon critique :
- Détectez et visualisez les maxima locaux de la contrainte Von Mises, de la contrainte de cisaillement maximale, de la contrainte principale maximale et détectez l’ampleur du déplacement.
- Identifiez et visualisez les zones connectées dans lesquelles la composante de contrainte sélectionnée ou le déplacement dépasse votre seuil spécifié.
Détecter et visualiser les maxima locaux de la contrainte Von Mises
Calculer la valeur maximale (point chaud) d’une composante de contrainte sélectionnée
Comparaison avec simulation à base de CAO
Comparez les résultats de simulation basés sur les données CT de votre pièce réelle aux simulations du modèle CAO correspondant :
- Simulez le modèle CAO et aussi la pièce réelle avec toutes ses discontinuités et écarts de forme.
- Comparez automatiquement deux résultats de simulation sur le même objet ou un objet similaire en vue de la contrainte Von Mises, la contrainte principale maximale, la contrainte de cisaillement maximale ou l’ampleur de déplacement.
- Calculez la différence des valeurs respectives pour chaque point de la structure et visualisez les résultats codés en couleurs sur la pièce.
Résultats validés
La méthode de simulation dans le module Simulation de la mécanique des structures a été validée numériquement par rapport à des résultats de l’analyse conventionnelle par éléments finis et a montré un bon accord. Elle a également été validée expérimentalement par rapport à des essais physiques qui ont montré qu’elle est capable d’identifier les lieux les plus probables de défaillance dans un composant structurel. (Predicting Failure in Additively Manufactured Parts Using X-Ray Computed Tomography and Simulation, Peer Reviewed Paper, 7th International Conference on Fatigue Design 2017)
Avantages
Faible effort
- Aucun maillage nécessaire
- Connaissances en simulation non requises
- Flux de travail homogène de la segmentation du matériau et la détection de défauts à la simulation ; le tout en un seul logiciel
Réaliste
- Tous les détails microstructuraux sont capturés par une segmentation du matériau avec une précision sous-voxel
- Les contraintes simulées peuvent être directement liées à la microstructure sous-jacente du matériau (par exemple la taille, la position et la forme des pores ou l’épaisseur des entretoises dans les mousses à cellules ouvertes)
Validé
- Validation des points de fracture et des résistances à la traction prévus dans des essais de traction expérimentaux effectués sur des composants à pores imprimés en 3D
- Validation des propriétés élastiques effectives d’un treillis cubique par rapport à une simulation FEM classique