La simulation thermique dans l’industrie 4.0

Dans la conception de produits, l’un des enjeux principaux est de maîtriser le comportement de ces derniers dans leur environnement d’utilisation réel. Les différentes sollicitations que vont subir les différents composants sont parfois complexes, avec notamment la combinaison de plusieurs phénomènes. Avec SOLIDWORKS Simulation, il est possible d’anticiper en simulation les événements mais également de les combiner.

Prenons un exemple de combinaison de chargements (force ou pression) avec des phénomènes thermiques (convection, conduction ou rayonnement).

La simulation numérique dans l’industrie 4.0 : un pilier technologique

La simulation thermique dans l’industrie 4.0 : Refroidissement Plaque aluminium

Dans notre cas, nous allons étudier une plaque en aluminium à l’air libre qui est en contact avec une conduite contenant un réfrigérant R-123.

1. SolidWorks Flow Simulation

Dans SOLIDWORKS Flow Simulation, nous allons voir ce qui se passe d’un point de vue fluidique (réfrigérant et air) mais également solide. Nous définissons les différentes conditions fluidiques et dissipation associées.

Nous pouvons ensuite visualiser les différentes températures sur l’ensemble du modèles (fluides et solides).

Etant donné que nous tenons compte de la gravité, nous pouvons interpréter la « diffusion de la chaleur dans l’air.

Ce point de départ nous est très utile pour aller plus loin dans l’étude du comportement du modèle d’un point de vue solide.

2. SolidWorks Simulation – Thermique

Avec SOLIDWORKS Simulation, nous avons la possibilité de récupérer les conditions aux limites données par Flow Simulation.

Il suffit ensuite de mailler le modèle pour visualiser les températures (déjà données par Flow Simulation).

3. SolidWorks Simulation – Statique Linéaire

Les conditions aux limites données par Flow Simulation peuvent très bien être récupérées directement dans une étude de statique linéaire.

• Etude des phénomènes thermiques et poids propre du modèle

Dans cette hypothèse, nous importons les résultats de Flow Simulation et rajoutons uniquement la gravité (poids propre).

Les résultats ci-dessous illustrent tout simplement les contraintes liées à de la dilatation thermique :

De même, pour les déplacements qui résultent de problématiques thermiques.

• Etude des phénomènes thermiques, poids propre du modèle et chargement sur la plaque

Dans ce deuxième cas, nous allons combiner des chargements (pression sur la plaque) avec les contraintes thermiques mises en valeur précédemment.

Ci-dessous, nous pouvons donc constater “l’addition” des contraintes liées à la pression sur le dessus de la plaque (0,1 N/mm²) avec les contraintes liées à la dilatation thermique.

Voici également un aperçu, en termes de déplacements :

Il est très fréquent de devoir combiner différents phénomènes physiques pour la simulation de modèles. SOLIDWORKS Simulation peut aider dans ce sens, avec les phénomènes thermiques mais également intégrer, par exemple les notions de flambage (pour les structures élancées), de fatigue (pour des modèles soumis à des cycles de sollicitations), de cinématique (pour visualiser au cours d’une trajectoire le “pic” de chargement qui dimensionnera les éléments), etc…