Évaluation de la raideur d’une caisse automobile et implémentation du modèle de liaison RBE3 dans Code_Aster

par Luca Dall’Olio, Alneos et P. Juillard, ArcelorMittal R&D

La performance en termes de raideur d’une caisse en blanc est une caractéristique importante dont l’évaluation permet de savoir si un véhicule en cours de conception offrira ou non un confort de conduite suffisant. Dans les cas où la raideur est insuffisante, le véhicule produira par exemple des vibrations lors des phases de roulement, ou pourra montrer un comportement trop « lâche » dans les virages ou lors de son chargement.

Durant le dimensionnement d’une caisse automobile, des simulations de statiques linéaires sont donc conduites pour vérifier la résistance de la structure à des efforts donnés, et la non apparition de certains modes propres en-deçà d’une fréquence seuil donnée.

Pour la première fois en s’appuyant sur Code_Aster, ainsi que sur les équipes de NECS et ALNEOS, de telles simulations ont été réalisées fin 2010 au laboratoire de recherche ArcelorMittal Automotive Applications dans le cadre de l’étude d’un véhicule utilitaire léger générique. Une comparaison a alors été conduite avec des résultats issus de modèles Nastran équivalents, solveur classiquement utilisé pour de telles applications.

Figure 1 : Caisse en blanc de véhicule utilitaire léger

Les différences alors relevées sur les champs de déplacements des structures apparaissent comprises entre 2 et 8%, et s’expliquent notamment par l’utilisation de formulations coques différentes enter les 2 codes, ainsi que par l’utilisation d’éléments solides à intégration complète dans le modèle Code_Aster, au lieu d’éléments solides sous-intégrés dans le modèle Nastran.

Figure 2 : Caisse en blanc de véhicule utilitaire léger, analyse statique

Figure 3 : Caisse en blanc de véhicule utilitaire léger, 7ième mode, fréquences : 29.43 (Nastran), 29.47 (Aster)

Une autre différence dans l’écriture des modèles a résidé également dans la représentation des points de soudure qui permettent de lier les tôles de la caisse en blanc entre elles. Traditionnellement modélisés par un ensemble de liaison RBE3 et d’un élément solide, il a été nécessaire pour l’exécution du modèle Code_Aster de ré-écrire chaque liaison par un ensemble d’équations (mot clé LIAISON_DDL) contraignant les degrés de liberté des nœuds du maillage des pièces se situant à proximité immédiate des points soudés. Cette phase de génération de dizaines de milliers de mot-clés LIAISON_DDL a été gérée par le convertisseur de modèle éléments finis Vega, développé par Alneos.
En résultat, un fichier d’entrée de plus de 120Mo, et dont l’analyse par le superviseur de Code_Aster nécessitait un temps conséquent avant même l’exécution du modèle.

Fortes de ce retour d’expérience, les équipes d’ALNEOS ont alors pu réaliser fin 2011 l’implémentation de la liaison RBE3 dans Code_Aster (mot-clé LIAISON_RBE3 dans la commande AFFE_CHAR_MECA).

Ce modèle de liaison, bien connue dans le domaine du dimensionnement de structures assemblées (automobile, aéronautique…), permet de répartir les forces et moments exercés sur un nœud maître à un ensemble de nœuds esclaves, en prenant en compte le centre de gravité de l’ensemble de nœuds esclaves, les degrés de libertés activés par l’utilisateur, et les poids associés.

Figure 4 : Modélisation des 6000 points de soudures par des RBE3

L’intégration des RBE3 directement dans Code_Aster a permis de gagner en performance, tant en mémoire qu’en temps de calcul :

Cette nouvelle fonctionnalité est désormais disponible depuis la version 11.1.13.