Obtenir un avantage concurrentiel : nouvelles techniques de simulation pour la modélisation rapide et l’optimisation des performances
L'industrie moderne du pneu
D'ici 2030, les analystes du secteur prévoient que le nombre de kilomètres parcourus par la population mondiale doublera pour atteindre 20 000 milliards, soit environ la distance jusqu'à l'étoile la plus proche. Parallèlement, les technologies automobiles alternatives connaissent un essor important, exigeant une efficacité accrue et des améliorations constantes de la plupart des pièces automobiles. Pour rester compétitifs, les constructeurs et les équipementiers automobiles s'efforcent de proposer des solutions optimisées de multiples façons. Des paramètres de performance tels que la sécurité, le prix, la durée de vie, la consommation de carburant et le confort de conduite sont essentiels. Bien que de nombreux paramètres influent sur les performances d'un véhicule, les pneumatiques jouent un rôle primordial dans tous ces domaines. Ce « donut noir », seul point de contact entre la voiture et la route, assure l'équilibre entre traction, confort, durabilité, efficacité énergétique et coût global. Fabriqués à partir d'une composition minutieuse de plus de 200 matériaux et grâce à un parc de machines ultramodernes de plusieurs millions de dollars, ces pneumatiques de haute précision doivent exceller dans une grande variété de conditions de conduite. Face aux grandes tendances du secteur, telles que l'Industrie 4.0, le développement durable, la dynamique du marché des matières premières, les véhicules électriques et autonomes, les fabricants de pneumatiques se tournent vers des solutions d'ingénierie innovantes dès les premières étapes de la conception. L'intégration de la simulation avancée dans la conception permet aux fabricants de pneumatiques d'adopter des méthodes novatrices, sans impacter les délais et les coûts de production.
Simulation pour l'industrie du pneumatique
Face à divers défis techniques, l'industrie du pneumatique et du caoutchouc est constamment à la recherche de technologies de pointe en matière de conception, de fabrication, d'application et de simulation. Le pneumatique étant un composant complexe et fortement non linéaire, la modélisation de ses performances exige une expertise et une spécialisation poussées. Compte tenu du grand nombre de modèles de véhicules en circulation, les fabricants de pneumatiques conçoivent de nombreux modèles différents et exploitent la puissance de la simulation pour tester virtuellement et sélectionner les concepts de pneumatiques les plus prometteurs.
Lors d'une simulation par éléments finis, il faut rechercher
Durabilité – Pour garantir que le pneu ne se détériorera pas pendant sa durée de vie.
Usure de la bande de roulement – La bande de roulement des pneus doit s'user de manière aussi uniforme et aussi longtemps que possible.
Préoccupations environnementales – Réduction de la résistance au roulement des pneus.
Comportement du véhicule – Pneus adaptés au véhicule pour assurer un freinage, une traction et une tenue de route optimales en cas d'urgence.
Confort du véhicule – Pneu avec des performances optimisées en matière de bruit, de vibrations et de rudesse (NVH).
Les pneumatiques sont des produits très complexes, dont les caractéristiques sont influencées par de nombreux facteurs, tels que leur conception (matériaux, sculpture de la bande de roulement, rigidité de la carcasse, etc.), la pression d'air à l'intérieur du pneu et la texture de la chaussée, pour n'en citer que quelques-uns. Plusieurs approches de modélisation ont été développées pour décrire la physique des pneumatiques afin de permettre leur analyse et leur évaluation mathématiques. L'équipe expérimentée de développement et d'ingénierie de DEP maîtrise parfaitement les défis posés par la simulation des pneumatiques et accorde une importance capitale aux différents aspects de cette simulation pour parvenir à la solution optimale.
Solutions de modélisation des pneumatiques de DEP
La conception des pneumatiques doit leur permettre de résister aux conditions climatiques variées de l'été, de l'hiver et de la mousson. C'est pourquoi les constructeurs automobiles et les fabricants de pneumatiques investissent massivement dans la conception des pneus afin d'obtenir des spécifications précises. Les bandes de roulement sont composées de rainures et de nervures de hauteurs et de largeurs différentes, ce qui, combiné à la nécessité d'une correspondance des nœuds aux interfaces, rend la modélisation hexagonale complexe. Elle prend plusieurs heures et requiert une expertise en la matière.
Detroit Engineered Products (DEP) propose MeshWorks, une plateforme unique facilitant la modélisation 2D de la structure des pneumatiques. Ce modèle 2D peut ensuite être utilisé pour l'analyse. Une fois les résultats de l'analyse 2D validés, le modèle est converti en un modèle 3D. Ce dernier permet d'effectuer des calculs tels que l'application de la pression de gonflage à la valve et de la charge du véhicule sur le pneu afin d'analyser la zone de contact. Des simulations supplémentaires, comme des simulations de conduite, peuvent également être réalisées sur ce modèle 3D. Les techniques de morphing et de paramétrage jouent un rôle crucial dans les performances des pneumatiques, en optimisant la sculpture de la bande de roulement pour résister à toutes les conditions et en garantissant un comportement au freinage optimal.
DEP MeshWorks permet une modélisation rapide de maillages hexagonaux avec un haut degré d'automatisation. Il génère un maillage de haute qualité avec un minimum d'intervention de l'utilisateur et peut être utilisé par un ingénieur sans nécessiter l'expertise d'un spécialiste. Les outils de modélisation de maillages de DEP MeshWorks s'appliquent aux pneus de motos, de voitures particulières et de véhicules tout-terrain.
