La simulation numérique pour prédire, optimiser et innover

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1 La simulation numérique pour prédire, optimiser et innover Applications industrielles le 29/09/2016 Vincent Bruyère, Patrick Namy (+33) (0)

2 Plan de la présentation Présentation de SIMTEC Domaines d expertise En pratique Quelques références commerciales Applications industrielles 1. Simulation aérothermique d un camion réfrigéré soumis à des cycles d ouverture et de fermeture de portes 2. Modélisation et optimisation de cellules d électrolyse haute température pour le recyclage des terres rares 3. Optimisation d un four à induction 4. Optimisation d un chauffage par induction «au défilé» 5. Modélisation du soudage laser 2

3 CONSTAT Bien souvent, les industriels ou centres de R&D ont une très bonne connaissance métier, mais ne sont pas experts en modélisation OU ils n ont pas le temps Bien souvent, la modélisation est portée au sein des entreprises par une personne isolée, ou par une équipe très restreinte SOLUTION SIMTEC se propose de devenir votre collègue dans vos travaux de modélisation chez SIMTEC, équipe pédagogique et développement de méthodologies pour transmettre notre savoir. Equipe d ingénieurs-docteurs 3

4 COMMENT En donnant notre point de vue (retour d'expérience sur plus de 10 ans de ce qui marche), piste de travail à considérer soit comme un collègue avec qui vous discutez de votre thématique (travail d'équipe avec réunions régulières) OBJECTIFS Que ca marche (--> consistance expérience/simulations) Permettre de gagner en souplesse sur la R&D via l externalisation 4

5 SIMTEC: Domaines d expertise Mécanique des fluides SIMTEC EXPERTS -) écoulement turbulent, laminaire -) écoulement compressible, incompressible -) fluide newtonien, non-newtonien -) écoulement diphasique -) interaction fluide-structure Patrick Namy Vincent Bruyère Ecoulement diphasique (air+métal liquide) avec effet Marangoni lors du soudage laser Boucles de recirculation au sein d un électrolyseur Haute-Température 5

6 SIMTEC: Domaines d expertise Mécanique des fluides SIMTEC EXPERTS Electromagnétisme -) calcul de E, B, H -) four à induction (brassage EM, vidange) -) croissance cristalline -) Electrostatique, électrocinétique Jean-Marc Dedulle Patrick Namy Vincent Bruyère Induction EM Brassage Vidange 6

7 SIMTEC: Domaines d expertise SIMTEC EXPERTS Mécanique des fluides Electromagnétisme Transfert de chaleur -) conduction, convection, rayonnement -) fours résistif, inductif -) milieu participatif Patrick Namy Vincent Bruyère MHD appliqué à la croissance de cristaux en solution (TSSG) Jean-Marc Dedulle Alexandre Oury Cartographie thermique d un électrolyseur Haute-Température Julien Lefebure, Jean-Marc Dedulle, Thierry Ouisse, and Didier Chaussende - Modeling of the Growth Rate during Top Seeded Solution Growth of SiC Using Pure Silicon as a Solvent - Crystal Growth & Design - December 5, DOI: /cg201343w 7

8 SIMTEC: Domaines d expertise Mécanique des fluides Electromagnétisme Transfert de chaleur SIMTEC EXPERTS Mécanique des structures -) Elasticité, visco-élasticité -) Hyperélasticité -) Plasticité -) Contact Patrick Namy Vincent Bruyère Fréquences propres d un MEMS Micro-pompe (FSI) 8

9 SIMTEC: Domaines d expertise Mécanique des fluides Electromagnétisme SIMTEC EXPERT COUPLAGE: Transfert de chaleur Mécanique des structures Génie des procédés -) réactions chimiques/ cinétiques complexes -) électrochimie Echangeur de chaleur (hydraulique+thermique) Croissance cristalline (hydraulique+thermique+chimie) Domaine du vivant (chimie+hydraulique+méca. struct.+em ) Alexandre Oury 9

10 SIMTEC: Les valeurs l EXPERTISE : La modélisation est effectuée par un Ingénieur-Docteur, spécialiste de votre domaine d activité. la PERFORMANCE : moyens matériels à la pointe de la technologie : station de travail 64bits et logiciel éléments finis COMSOL MULTIPHYSICS. la REACTIVITE: notre structure nous permet de nous adapter immédiatement à vos besoins. La CONFIDENTIALITE : une clause de confidentialité stricte est stipulée dans chaque contrat. 10

11 I. SIMTEC: En pratique III. Assistance/accompagnement à la modélisation 60 % I. Développement de modèles numériques 30 % II. Formation sur-mesure en modélisation 110 % de travail! 20 % 11

12 SIMTEC: Quelques références commerciales 12

13 Applications industrielles 1. Simulation aérothermique d un camion réfrigéré soumis à des cycles d ouverture et de fermeture de portes 2. Modélisation et optimisation de cellules d électrolyse haute température pour le recyclage des terres rares 3. Optimisation d un four à induction 4. Optimisation d un chauffage par induction «au défilé» 5. Modélisation du soudage laser 13

14 1- Simulation aérothermique d un camion réfrigéré soumis à des cycles d ouverture et de fermeture de portes OBJECTIFS: Prédire l évolution de la température au sein du camion réfrigéré Comprendre et évaluer l influence de l inertie thermique des parois Réalisations de SIMTEC Développement d un modèle couplé CFD turbulent / Transferts de chaleur Optimisation des solveurs selon la configuration considérée Validation avec l expérience 14

15 2- Modélisation et optimisation de cellules d électrolyse haute température pour le recyclage des terres rares OBJECTIFS: Déterminer la distribution des courants pour localiser les vitesses de réaction sur les électrodes Optimiser le design du réacteur et le courant d utilisation Réalisations de SIMTEC Développement d un modèle couplé Eléctrostatique/Thermique/CFD Evaluation des zones actives des électrodes Opitmisation du design (nombre d électrodes, distance entre elles) pour augmenter le rendement et homogénéiser la température 15

16 3. Optimisation d un four à induction Induction EM Brassage EM «Blindage» EM Optimisation du rendement énergétique du four modification de la géométrie des composants du four dimensionnement du circuit électrique (puissance, fréquence) Optimisation et maîtrise du brassage électromagnétique Assurer la sécurité du personnel via la connaissance du champ EM produit autour du four 16

17 4. Optimisation d un chauffage par induction «au défilé» OBJECTIFS: Optimiser le chauffage par induction pour optimiser l homogénéité en température Etudier l influence de la forme de l inducteur Réalisations de SIMTEC Développement d un modèle couplé Electro-Mag./Transferts thermiques Etudes paramétriques sur l intensité et la fréquence du courant Meilleure uniformité du champ de température au sein du lopin 17

18 5. Modélisation du soudage laser Impacts successifs Thermo-hydraulique Thermo-métallurgie Zone Fondue Thermo-mécanique z α z α Développement d un modèle prédictif pour aider au dimensionnement Optimisation du profil de puissance laser au cours du temps pour contrôler la phase de fermeture du capillaire et diminuer le nombre de porosité Modélisation des changements de phase métallurgiques Influence sur le comportement mécanique Implémentation de lois de comportement viscoplastique à écrouissage cinématique nonlinéaire Calcul des contraintes et déformations résiduelles 18

19 5. Modélisation du soudage laser Paramètres laser Modélisation du «chaînage» complet Résolution numérique Non Pénétration de ZF et forme de ZAT, satisfaisante? Absence de porosités? Niveau de déformations / contraintes résiduelles satisfaisant? Modèle thermohydraulique Modèle thermométallomécanique OK

20 Merci de votre attention! Soudage continu Fabrication additive Vincent Bruyère, Patrick Namy (+33) (0)