L’optimisation numérique : Solution idéale pour alléger vos structures

L’Optimisation numérique est la solution idéale pour alléger vos structures.

Véritable nec plus ultra de la Simulation numérique, le processus d’Optimisation numérique permet de diminuer davantage la masse et les coûts de vos structures, ce qui peut s’avérer primordial selon les contraintes techniques et budgétaires de vos projets.

Le principe général de l’Optimisation numérique

Mis en place à la suite des itérations classiques de la phase de Calcul numérique (cf. article précédent), l’Optimisation numérique vous permet d’aller encore plus loin dans l’allègement de vos structures.

Avant d’engager ce processus, il est tout d’abord primordial de préparer les données judicieusement, c’est-à-dire :

  • Choisir un modèle :
    • À l’objectif, c’est-à-dire qui respecte les critères définis dans le cahier des charges ;
    • Représentatif de la prestation calculée, si plusieurs modèles numériques ont été définis pour une même prestation.
  • Choisir un panier de pièces : lister les pièces optimisables au sein du modèle.
  • Créer un fichier de suivi : lister les nuances (matériaux) et les encadrements d’épaisseurs à tester, en fonction de la faisabilité technique de chacune des pièces.

Ensuite, si vous jugez que le gain de masse potentiel de votre structure est faible (de l’ordre de la centaine de grammes par panier de pièces), il vous suffira de réaliser une nouvelle phase d’itérations de calculs, en testant diverses solutions techniques d’allègement structurel.

En revanche, si le gain de masse peut s’avérer important (de l’ordre du kilogramme par panier de pièces), il est fortement conseillé de procéder à une Optimisation numérique complète.

L’illustration suivante résume le principe général de l’Optimisation numérique :

Principe général de l’Optimisation Numérique
Principe général de l’Optimisation numérique

Le déroulement de l’Optimisation numérique complète

Pendant l’Optimisation numérique complète, de nombreux calculs par éléments finis sont résolus en parallèle.

Afin de réduire considérablement les temps de calcul et d’assurer un gain de masse plus important (via l’utilisation d’algorithmes plus précis), le logiciel d’optimisation substitue les éléments finis du modèle par des méta-modèles, c’est-à-dire par des surfaces de réponses constituées de :

  • Une base d’apprentissage : ensemble de calculs obtenus par plans d’expérience ;
  • Un modèle d’approximation mathématique : polynôme, fonction à base radiale, réseau de neurones.

L’Optimisation numérique dans le secteur automobile

Dans le secteur automobile, chaque prestation de calcul est réalisée par une équipe spécialisée par périmètre, comme par exemple le Choc (Crash), l’ACV (Acoustique et Vibratoire), l’Ensoleillement, ou encore les Bruits de roulement.

Au cours des phases numériques du projet, ces équipes ont pour objectif de valider le dimensionnement du véhicule, en s’assurant du respect des critères imposés par le cahier des charges.

À l’approche de chaque fin de phase numérique, les responsables d’équipes se réunissent pour décider de la nécessité d’engager une Optimisation numérique complète, à l’aide de ce questionnement :

  • Ressources disponibles : main d’œuvre et temps ?
  • Atteinte de l’objectif : niveau de respect des critères imposés par le cahier des charges ?
  • Gain de masse potentiel : faible ou important ?

Si l’ensemble des critères est réuni pour assurer le bon démarrage d’une Optimisation numérique complète, s’en suit ces différentes étapes :

  • Choisir les modèles à l’objectif et représentatifs du projet, parmi les deux prestations dimensionnantes (Choc et ACV) : Modèle de Choc Latéral Poteau dans le cadre d’un restyling/refonte des ouvrants (portes) sur un nouveau véhicule, par exemple.
  • Lister une trentaine de pièces à optimiser au sein de la zone soumise aux sollicitations (zone pied milieu pour le modèle de choc latéral poteau, par exemple), avec une dizaine d’épaisseurs de tôles à tester pour chacune des pièces.
  • Construire les différents paniers de pièces, avec par exemple :
    • Panier 1 = pièces ACV (torsion statique et dynamique) ;
    • Panier 2 = Panier 1 + pièces choc latéral (barrière et poteau) ;
    • Panier 3 = Panier 2 + pièces choc frontal (mur).
  • Lancer les calculs d’optimisation successives à l’aide du logiciel prévu à cet effet :
    • Optimisation Panier 1 : Détermination des couples nuances / épaisseurs du Panier 1 ;
    • Optimisation Panier 2 (en intégrant les couples nuances/épaisseurs du Panier 1) : détermination des couples nuances / épaisseurs du Panier 2 ;
    • Optimisation Panier 3 (en intégrant les nuances/épaisseurs des Paniers 1 et 2) : détermination des couples nuances / épaisseurs optimaux.
  • Reboucler avec l’ensemble des métiers sur la solution finale à adopter.

L’illustration suivante schématise un exemple de processus d’Optimisation numérique dans le secteur automobile :

Processus d’Optimisation Numérique dans le secteur Automobile
Processus d’Optimisation numérique dans le secteur automobile

Le gain de masse en chiffres : exemple de PSA

Sur les projets optimisés entre 2010 et 2014, le constructeur PSA a réalisé entre 1 et 10 kg de gain de masse par panier de pièces.

Le graphique suivant illustre le potentiel de l’Optimisation numérique en matière de gain de masse :

Potentiel de l’Optimisation Numérique en matière de gain de masse
Potentiel de l’Optimisation numérique en matière de gain de masse

Conclusion

Cet article nous a permis d’obtenir une vision d’ensemble sur le processus d’Optimisation numérique au sein de vos projets.

Cette solution permet d’alléger davantage la masse de vos structures, et économiser de surcroît en coût matière.

D’autres solutions techniques plus pointues, qui intègrent notamment le principe de variation géométrique (optimisation topologique) , peuvent aussi être choisies afin d’évider vos pièces au maximum et gagner quelques grammes supplémentaires.

Et vous, quelle solution utilisez-vous pour alléger vos structures ?

Leave A Comment