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Universite: École supérieure de technologies industrielles - Génie Mécanique - Énergétique
Mémoire Présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master - 2020

Simulation thermomécanique du piston : Comsol Multiphysics et Solidworks

  1. Transfert de chaleur dans un piston d’un moteur à combustion interne
  2. Description d’un moteur à pistons et composants du piston
  3. Dommages des pistons et le transfert de chaleur
  4. Simulation thermomécanique du piston : Comsol Multiphysics et Solidworks
  5. Etude de transfert de chaleur dans un piston moteur

Simulation thermomécanique du piston : Comsol Multiphysics et Solidworks

Chapitre II : Simulation thermomécanique du piston

II.1.Le logiciel COMSOL Multiphysics :

II.1.1.Introduction :

COMSOL Multiphysics est un puissant environnement de simulation interactif utilisé pour modéliser et résoudre toutes sortes de problèmes scientifiques et techniques.

Le logiciel fournit un environnement de bureau intégré puissant avec un Model Builder qui vous donne un aperçu complet du modèle et un accès à toutes les fonctionnalités.

Avec COMSOL Multiphysique, vous pouvez facilement étendre les modèles conventionnels pour un type de physique en modèles multiphysiques qui résolvent des phénomènes physiques couplés et qui le font simultanément. L’accès à ce pouvoir ne nécessite pas connaissance approfondie des mathématiques ou de l’analyse numérique.

En utilisant les interfaces physiques intégrées et la prise en charge avancée des propriétés des matériaux, vous pouvez créer des modèles en définir les grandeurs physiques pertinentes – telles que les propriétés des matériaux, les charges, les contraintes, les sources et les flux -plutôt qu’en définissant les équations sous-jacentes.

Vous pouvez toujours appliquer ces variables, expressions ou nombres directement aux domaines solides et fluides, aux frontières, aux arêtes et aux points indépendamment du maillage de calcul.

Le logiciel COMSOL Multiphysics compile ensuite en interne un ensemble d’équations représentant l’ensemble du modèle.

Vous accédez à la puissance de COMSOL Multiphysics en tant que produit autonome via une interface utilisateur graphique flexible (GUI), dans les applications créées à l’aide d’Application Builder et déployées à l’aide de COMSOL Compiler ™ ou COMSOL Server ™, ou par programmation de script en Java ou en langage MATLAB® (cela nécessite un LiveLink ™ pour Licence MATLAB®).

À l’aide de ces interfaces physiques, vous pouvez effectuer différents types d’études, notamment:

  • Études stationnaires et dépendantes du temps (transitoires)
  • Etudes linéaires et non linéaires
  • Études de fréquence propre, modale et de réponse en fréquence

Lors de la résolution des modèles, le logiciel COMSOL Multiphysics assemble et résout le problème à l’aide d’un ensemble de outils d’analyse numérique avancés. Le logiciel exécute l’analyse avec le raffinement adaptatif du maillage (si sélectionné) et le contrôle des erreurs à l’aide de divers solveurs numériques.

Les études peuvent utiliser des systèmes multiprocesseurs et le calcul en cluster, et vous pouvez exécuter des travaux par lots et des balayages paramétriques.

Le logiciel COMSOL Multiphysics crée des séquences pour enregistrer toutes les étapes qui créent la géométrie, le maillage, la physique, études et paramètres du solveur, visualisation et présentation des résultats.

Cela facilite le paramétrage de n’importe quelle pièce du modèle; changez simplement un nœud dans l’arborescence du modèle et ré exécutez les séquences. Le programme se souvient et réapplique toutes les autres informations et données du modèle. [11]

Le logiciel dispose de dix modules complémentaires qui étendent les capacités dans les domaines d’application suivants :

  • Module AC/DC
  • Module acoustique
  • Module Espèces chimiques et transport
  • Électrochimie
  • Flux de fluides
  • Transfert de chaleur
  • Plasma
  • Fréquence radio (RF)
  • Mécanique structurelle
  • Mathématique

II.1.2.Création d’une géométrie pour l’analyse :

Dans COMSOL Multiphysics, vous pouvez utiliser la modélisation de solides ou la modélisation des limites pour créer des objets en 1D, 2D et 3D. Ceux-ci peuvent être combinés dans la même géométrie (modélisation hybride).

  • Lors de la modélisation de solides, une géométrie est formée comme une combinaison d’objets solides à l’aide d’opérations booléennes telles que l’union, l’intersection et la différence. Les objets formés en combinant une collection de solides existants à l’aide d’opérations booléennes sont appelés objets solides composites.
  • La modélisation des limites est le processus de définition d’un solide en fonction de ses limites – par exemple, en utilisant des lignes pour créer un domaine hexagonal solide en 2D.

Vous pouvez combiner un tel solide avec des primitives géométriques – des formes de modélisation solides courantes telles que des blocs, des cônes, des sphères, des rectangles et des cercles, qui sont directement disponibles dans COMSOL Multiphysics.

Le module d’importation CAO fournit une interface pour l’importation de fichiers CAO aux formats Parasolid, SAT (ACIS), Inventor, Pro / E, SOLIDWORKS, STEP et IGES. De plus, le module d’importation CATIA V5 fournit une interface pour les fichiers CATIA V5.

Simulation thermomécanique du piston  Comsol Multiphysics  et Solidworks

Les produits LiveLink ™ en option offrent des liens bidirectionnels vers le logiciel de CAO 3D. Grâce à ceux-ci, vous pouvez exécuter des balayages géométriques paramétriques depuis l’environnement COMSOL mais en opérant directement sur les géométries dans le package CAO respectif. [11]

II.1.3 Les matériaux :

Les propriétés du matériau sont organisées en groupes de propriétés de matériau, qui apparaissent sous forme de sous-nœuds sous le matériau nœud dans Model Builder:

  • Le groupe de propriétés de base contient des propriétés de matériau communes qui peuvent généralement être mesurées et sont significatif sans aucun contexte.
  • Les groupes définis par l’utilisateur peuvent contenir un sous-ensemble des mêmes quantités.
  • Chaque groupe de propriétés prédéfini contient une ou plusieurs propriétés de matériau qui n’ont de sens qu’ensemble et dans le contexte d’un modèle de matériau particulier.
  • Les valeurs des propriétés du matériau sont des sorties du matériau, qui peuvent être des valeurs constantes ou des fonctions du modèle intrants (grandeurs physiques comme la température et la pression).

En principe, les interfaces physiques posent d’abord un matériau les entrées dont il a besoin pour calculer ses propriétés de sortie, puis demandez au matériau de calculer les valeurs de propriété données valeurs des entrées du modèle – par exemple, conductivité thermique (sortie) en fonction de la température (entrée). [11]

II.1.4. L’interface de transfert de chaleur :

COMSOL Multiphysics comprend les interfaces suivantes pour le transfert de chaleur:

  • Transfert de chaleur dans les solides
  • Transfert de chaleur dans les fluides
  • Transfert de chaleur dans les solides et les fluides
  • Transfert de chaleur conjugué, flux laminaire (interface multiphysique
  • Chauffage Joule (interface multiphysique)

Ils sont utilisés pour calculer le champ de température.

L’interface de transfert de chaleur conjugué, flux laminaire calcule également les champs de pression et de vitesse. De plus, l’interface Joule Heating calcule un champ de potentiel électrique.

La principale variable dépendante est la température T.

Les interfaces de transfert de chaleur et les couplages multiphysiques peuvent être utilisés pour modéliser le transfert de chaleur par conduction et la convection ainsi que le transfert de chaleur conjugué et le chauffage électromagnétique. [11]

II.2.Le logiciel SOLIDWORKS :

Créé en 1993 par l’éditeur américain éponyme, SolidWorks a été acheté le 24 juin 1997 par la société Dassault Systèmes2.

Parmi les plus grandes organisations utilisant SolidWorks, on peut citer Michelin, Équipement d’emballage MMC, AREVA, Patek Philippe, Mega Bloks, Axiome, ME2C, SACMO,Le Boulch, Robert Renaud et le Ministère de l’Éducation nationale français.

Le logiciel de CAO SolidWorks® est une application de conception mécanique 3D paramétrique qui permet aux concepteurs d’esquisser rapidement des idées, d’expérimenter des fonctions et des cotes afin de produire des modèles et des mises en plan précises. [12]

SOLIDWORKS est un système à cotation piloté. On peut spécifier des cotes et rapports géométriques entre les éléments. Un changement de cote entraîne un changement de taille de la pièce, tout en préservant l’intention de conception. Un modèle SolidWorks est constitué de pièces, d’assemblages et de mise en plan.

Les pièces, les assemblages et les mises en plan affichent le même modèle dans des documents différents. Les changements opérés sur le modèle dans l’un des documents se propagent aux autres documents contenant ce modèle. [12]

Le logiciel SolidWorks comprend trois modules élémentaires : Pièce, Assemblage, Mise en plan. En fonction du type de licence, d’autres compléments peuvent être implémenté.

Dans la version SolidWorks Premium sont disponible les compléments suivants : SolidWorks Simulation, SolidWorks FlowSimulation, PhotoView 360, SolidWorks Motion.

II.2.1Les advantages du logiciel SOLIDWORKS :

  • Une interface familière en tant que Concepteur-Projeteur. …
  • La gestion des données à travers la plateforme 3DEXPERIENCE. …
  • L’implication de plusieurs contributeurs. …
  • Une recherche des données optimisée.
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