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Outils : une physique, un logiciel

Être au plus près de la réalité impose le respect des lois physiques. Celles-ci étant nombreuses, il existe nombre de codes de calcul. Tour d’horizon.
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Outils : une physique, un logiciel
Outils : une physique, un logiciel

Il est possible de tout simuler, ou presque. Depuis le prédimensionnement en avant-projet jusqu’au démantèlement en fin de vie. Aucun outil ne peut couvrir à lui seul un tel spectre. C’est ce qui explique la multitude d’outils et d’acteurs présents sur le marché, avec, comme corollaire, un phénomène de concentration en cours depuis un certain temps. Pour s’y retrouver, divisons ces outils en deux grandes familles qui traitent soit des aspects produits, soit des aspects process. Chacune d’elles peut faire l’objet d’un classement par grands types de physiques traités. De plus, certains éditeurs couplent des outils de différents domaines. On parle alors de simulation multiphysique. Dernière catégorie, les logiciels disponibles en open source qui font fureur auprès des universitaires et chercheurs.

le couplage avec la CAO

Tous les grands éditeurs de CAO proposent, avec leur offre conception, une option de calcul et simulation plus ou moins avancée. Certains modules de prédimensionnement sont directement intégrés dans les outils de conception, les outils de vérification faisant, eux, l’objet de packages séparés. Ces derniers, très orientés sur la conception produit, se nomment Simulia chez Dassault Systèmes, NX Simulation chez Siemens, Creo Simulate chez PTC, Simulation chez Autodesk ou SolidWorks. On y retrouve les outils de base pour la mécanique des structures ou celle des fluides, les transferts thermiques, les composites. Ces offres sont en perpétuelle évolution au gré des acquisitions de technologies.

Toutefois, le calcul reste une affaire de spécialistes. Sur ce marché, les acteurs généralistes chevronnés ont étoffé leur offre pour être présents dans presque tous les domaines. Souvent, ils ont acquis de petits éditeurs spécialisés dont ils ont récupéré et intégré la technologie dans leurs propres suites logicielles. Parmi eux, citons Altair, Ansys, Comsol, ESI Group, MSC Software… À leurs côtés se tiennent une multitude d’éditeurs spécialisés tels AutoForm Engineering pour l’emboutissage de pièces automobiles ou Cedrat pour la simulation électromagnétique.

les outils dédiés aux produits

Dans la famille des outils produits, citons quelques éditeurs et leurs produits selon les physiques traitées. Les plus utilisées sont la mécanique des structures (Mechanical d’Ansys ; Abaqus de Dassault Systèmes ; MSC Nastran ; Creo Simulate de PTC ; NX Simulation de Siemens…), la mécanique des fluides (Fluent d’Ansys ; Star-CD de CD-adapco…), les transferts thermiques (Icepak d’Ansys ; MSC Sinda…), la dynamique (MSC Adams…), l’acoustique et les vibrations (MSC Actran ; VA One d’ESI…), l’électrotechnique et l’électromagnétisme (HFSS et Maxwell d’Ansys ; Flux 2 D/3 D de Cedrat ; CEM Solutions d’ESI…).

De nombreux logiciels traitent de physiques spécifiques comme la combustion (Forté, Energico et Chemkin d’Ansys et de Reaction Design ; Fire d’AVL…), l’optique et la visualisation (Speos d’Optis…), la fatigue (Castor Fatigue de Cetim ; MSC Fatigue…), les systèmes de contrôle et la mécatronique (Scade et Simplorer d’Ansys ; LMS Imagine.Lab ; MapleSim de MapleSoft ; MatLab et Simulink de MathWorks ; MSC Easy5 ; MathCAD de PTC…), le crash (Pam-Crash d’ESI…).

Coller à la réalité nécessite parfois de coupler différents solveurs pour étudier, par exemple, les effets de la température ou des vibrations sur une structure sous charge. On exploite alors plusieurs physiques pour mettre en pratique la simulation multiphysique. Les environnements leaders de ce type de modélisation s’appellent HyperWorks d’Altair ; Multiphysics d’Ansys ; Comsol Multiphysics ; Abaqus de Dassault Systèmes ; Virtual Try-Out Space d’ESI ; SimXpert de MSC.

les outils dédiés aux process

La seconde famille d’outils concerne les process. Hormis la simulation d’usinage par enlèvement de matière – traitant aussi bien le fraisage que le tournage, le perçage que la rectification ou l’électroérosion, de deux à cinq axes voire plus, avec des outils comme NCSimul de Spring ou Vericut chez CGTech –, les process sont l’apanage d’éditeurs spécialisés ou de modules spécifiques dans les offres généralistes. Les domaines traités sont l’emboutissage et découpage (Stamping Adviser d’AutoForm Engineering ; Pam-Stamp d’ESI…), la déformation (Pam-Tube d’ESI…), la fonderie (ProCast et QuickCast d’ESI…) , la forge (Forge de Transvalor…), le soudage (Weld Quality d’ESI…), les matériaux composites (Pam-Form et Pam-RTM d’ESI ; e-Xstream’s Digimat de MSC…), la plasturgie (MoldFlow d’Autodesk ; Simpoe-Mold…).

L’électronique et le BTP

La modélisation dans l’électronique fait appel à des éditeurs d’outils de conception qui intègrent une offre de simulation analogique, numérique et mixte tels Cadence Design Systems, Mentor Graphics et Synopsys. On y dénombre également une myriade de spécialistes d’outils de niche à la durée de vie souvent éphémère. Enfin, le monde du BTP dispose de ses propres outils de simulation. Ces derniers s’occupent de problématiques spécifiques liées, par exemple, aux descentes de charges entre les étages ou aux matériaux utilisés comme le béton armé. C’est le cas du logiciel Advance Design de Graitec.

Jean-François Préveraud

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