Glossaire
CFD - Computational Fluid Dynamics
CFD est l’acronyme anglais de « Computational Fluid Dynamics », qui peut se traduire en français par la locution « Mécanique des Fluides Numérique ». La CFD consiste à étudier les mouvements d’un fluide, ou leurs effets, par la résolution numérique des équations régissant le fluide. En fonction des approximations choisies, qui sont en général le résultat d’un compromis en termes de besoins de représentation physique par rapport aux ressources de calcul ou de modélisation disponibles, les équations résolues peuvent être les équations d’Euler ou les équations de Navier Stokes.
Convection forcée
La convection forcée est provoquée par une circulation artificielle (pompe, turbine) d’un fluide. Le transfert est plus rapide que dans le cas de convection naturelle.
Convection naturelle
La convection naturelle est un phénomène de la mécanique des fluides, qui se produit lorsqu’une zone fluide change de température et qu’elle se déplace alors verticalement sous l’effet de la poussée d’Archimède. Le changement de température d’un fluide influe en effet sur sa masse volumique, qui se trouve modifiée par rapport à la masse volumique du fluide environnant. De tels déplacement s’appellent des mouvements de convection. Ils sont à l’origine de certains phénomènes océanographiques (courants marins), météorologiques (orages), géologiques (remontées de magma) par exemple.
Conduction thermique
La Conduction thermique est le mode de transfert de chaleur provoqué par une différence de température entre deux régions d’un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement appréciable de matière. C’est en fait l’agitation thermique qui se transmet de proche en proche, une molécule ou un atome cédant une partie de son énergie cinétique à son voisin (la vibration de l’atome se ralentit au profit de la vibration du voisin).
Couche limite en Mécanique des fluides
Lorsqu’un fluide réel s’écoule le long d’une paroi supposée fixe, les vitesses sur la paroi sont nulles et à l’infini, loin de l’obstacle, elles sont égales à la vitesse de l’écoulement non perturbé. Sur une normale à la paroi la vitesse doit donc dans tous les cas varier entre 0 et un maximum. La loi de variation dépend de la viscosité du fluide qui induit un frottement entre les couches voisines : la couche la plus lente tend à freiner la couche la plus rapide qui, en retour, tend à l’accélérer. Cette zone où se développe ces phénomènes physiques est dénommée la couche limite. Les modèles de turbulence des codes de calcul CFD n’étant pas valide dans cette zone, des corrections sont apportées par le biais de modèles de parois, qui s’appuient sur un raffinement particulier du maillage dans la couche limite.
Équations de Navier-Stokes
En mécanique des fluides, les équations de Navier-Stokes sont des équations aux dérivées partielles non-linéaires qui décrivent le mouvement des fluides dans l’approximation des milieux continus. Elles gouvernent par exemple les mouvements de l’air de l’atmosphère, les courants océaniques, l’écoulement de l’eau dans un tuyau, et de nombreux autres phénomènes d’écoulement de fluides. Elles sont nommées d’après deux physiciens du XIXe siècle, Claude Navier et George Stokes.
Fluent
Fluent est un logiciel de modélisation en mécanique des fluides.
Ce logiciel est le solveur. Le maillage doit être réalisé avec un mailleur, Gambit par exemple, qui est réalisé par le même éditeur. Le paramétrage se fait par une interface graphique.
Fluent est sans doute le logiciel de simulation numérique de mécanique des fluides le plus abouti du marché. Il est depuis peu intégré dans la suite de logiciel de simulation ANSYS.
Sa force vient du très grand nombre de modèles disponibles, pouvant faire face à de très nombreux aspects de la mécanique des fluides : Écoulement diphasique (miscible, non miscible, cavitation, solidification), turbulence (LES, KE, Kw, SA, Reynolds stress…), combustion (pré mélangé et non pré mélangé), transport de particules, écoulement en milieux poreux, maillages mobiles et dynamiques avec reconstruction du maillage… Les schémas temporels et spatiaux peuvent de plus être modifiés pour améliorer la convergence.
Il est de plus parallélisé et permet donc de tirer parti de systèmes multiprocesseurs aussi bien au sein d’une seule machine qu’en réseau (cluster, dualcore, plateforme multi CPU).
Gambit
Gambit est un logiciel de maillage.
La méthode des volumes finis impose de discrétiser le domaine d’étude fluide en petits éléments appelés cellules ou mailles.
Ce logiciel permet de récupérer la géométrie (CAO) ou de la créer. Le domaine d’étude fluide est ensuite découpé en maille. Gambit doit être utilisé avec un solveur (Fluent par exemple).
Laminaire
Un écoulement laminaire est un écoulement de masse liquide ou solide dont les composantes se déplacent parallèlement les unes aux autres. Ainsi les composantes des masses en mouvement, ne se mélangent pas. Il s’agit en fait d’une solution stable des équations de Navier-Stokes, au sens où si on modifie l’écoulement, il retourne vers la solution laminaire.
Maillage
La méthode des volumes finis, de même que la méthode des élément finis, nécessitent la discrétisation du domaine d’étude en volumes élémentaires appelés mailles ou cellules. L’ensemble des cellules du domaine constitue le maillage. Pour la CFD, le maillage en proche paroi requiert un raffinement particulier, appelé couche limite.
Méthode des volumes finis
En analyse numérique, la méthode des volumes finis est utilisée pour résoudre numériquement des équations aux dérivées partielles, comme la méthode des différences finies et la méthode des éléments finis.
Mais, contrairement à la méthode de différences finies qui utilise des approximations de dérivées, la méthode de volumes finis utilise, comme la méthode d’éléments finis, des approximations d’intégrales.
Rayonnement ou transfert de chaleur radiatif
Ce mode de transfert de chaleur se fait par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge). Le transfert peut se réaliser dans le vide sans la présence de matière. L’exemple caractéristique de ce type de transfert est le rayonnement du soleil dans l’espace.
Turbulence
La turbulence désigne l’état d’un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et l’orientation varient constamment. Les écoulements turbulents se caractérisent donc par une apparence très désordonnée, un comportement difficilement prévisible et l’existence de nombreuses échelles spatiales et temporelles. De tels écoulements apparaissent lorsque la source d’énergie cinétique qui met le fluide en mouvement est relativement intense devant les forces de viscosité que le fluide oppose pour se déplacer. À l’inverse, on appelle laminaire le caractère d’un écoulement régulier.
UDF
Une UDF ou User Defined Function est une subroutine écrite en langage C, qui permet d’interagir avec le code de calcul CFD ANSYS Fluent. Cette subroutine est ensuite compilée ou interprétée afin d’être greffée au code de calcul. LES UDF permettent d’étendre les possibilités du solveur, par exemple en définissant une équation d’état, un profile de température, une régulation de certains paramètres, ou encore un post-traitement automatisé.
Calcul de tenue à la fatigue
Analyse visant à déterminer la durée de vie avant rupture d’une structure soumise à une charge répétée ou alternée.
Calcul statique linéaire
Type d’analyse que permet calculer les déformations, les déplacements, les contraintes et les forces de réaction sous l’effet d’un chargement statique appliqué, dans les conditions de comportements linéaires :
CAISSONNAGE
Principe qui permet d’augmenter l’inertie d’une pièce sans modifier son volume ou très peu, seulement en modifiant sa géométrie. Ce principe a un effet équivalent à celui de l’emboutissage pour les tôles.
NERVURAGE
Principe qui permet d’augmenter l’inertie d’une pièce en y ajoutant des nervures.
Comportement élastique
Un matériau a un comportement élastique lorsque celui retrouve sa forme initiale après déchargement.
Comportement plastique
Un matériau est dit plastique lorsqu’il subsiste une déformation résiduelle après déchargement.
FEM
Finite Element Method / Méthode des éléments finis : Méthode d’analyse numérique permettant de résoudre des équations aux dérivées partielles
Hypothèse de Von Mises
L’écoulement de la matière se produit lorsque l’énergie de distorsion atteint une valeur critique. La mise en place du critère est basé sur le fait qu’un volume donné de matériau ne peut absorber qu’une quantité limite d’énergie élastique. Ce critère est adapté aux matériaux métalliques.
Stabilité (charpente métallique)
La stabilité d’une construction métallique de type charpente définit sa capacité à reprendre les différentes charges auxquelles elle est soumise (charge permanente, charge d’exploitation, vent, neige,…) ainsi que des imperfections telles que les tolérances de fabrication, sans risque d’effondrement lié à des phénomènes comme le flambement, le déversement ou le voilement.
OPTIMISATION TOPOLOGIQUE
Il s’agit d’une méthode mathématique (et logicielle) qui permet de trouver la répartition de matière optimale dans un volume donné soumis à des contraintes. Elle se distingue notamment de l’optimisation topographique qui ne fait varier que la frontière de la pièce, qu’il faut avoir dessiné au départ.
Normes Eurocode
Ensemble de règles régissant la conception et le dimensionnement de structures de bâtiment et de génie civil.
Ces normes ont été créées dans le but d’harmoniser les règles existantes en Europe et de faciliter le libre-échange entre les entreprises.
Cet ensemble de normes se divise en 9 parties :
- Eurocode 0 : Bases de Calcul des structures
- Eurocode 1 : Actions sur les structures
- Eurocode 2 : Calcul des structures en béton
- Eurocode 3 : Calcul des structures en acier
- Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes béton-acier
- Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois
- Eurocode 6 : Calcul des ouvrages en maçonnerie
- Eurocode 7 : Calcul géotechnique
- Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur résistance au séisme
- Eurocode 9 : Calcul des structures en aluminium
OPTIMISATION TOPOGRAPHIQUE
L’optimisation topographique ou « morphing » de maillage est une méthode mathématique (et logicielle) qui permet de trouver la répartition de matière optimale d’une pièce sans modification de sa topologie (voir optimisation topologique), en intégrant un décalage de nœuds ou groupe de nœuds d’un maillage. Pour un maillage de type coque, cela revient à décaler la fibre neutre d’une pièce.
Dépouille
Pente donnée aux flancs d’une pièce, pour faciliter le démoulage.
Polymère
Les polymères constituent une classe de matériaux. D’un point de vue chimique, un polymère est une macromolécule (fibres naturelles, matières plastiques, caoutchoucs, colles, peintures et résines). Ils sont très utilisés pour les matrices des matériaux composites.
Polymère Thermoplastique
Une matière thermoplastique désigne une matière qui se ramollit (parfois on observe une fusion franche) d’une façon répétée lorsqu’elle est chauffée au-dessus d’une certaine température, mais qui, au-dessous, redevient dure. Une telle matière conservera donc toujours de manière réversible sa thermoplasticité initiale.
Matière amorphe
Les matériaux amorphes n’ont pas un ordre établi dans leur structure moléculaire qui les compose et peuvent être comparés à un bol de spaghettis cuits. Les plastiques amorphes incluent les polymères atactiques alors que leur structure moléculaire ne résulte généralement pas à une cristallisation. Cette catégorie de plastiques amorphes inclut entre autres le polystyrène, le PVC et l’acrylique (ABS, ASA, PS, …)
Matière Cristallin (ou Semi-Cristallin)
Les matériaux cristallins présentent une structure hautement organisée et leurs composantes moléculaires sont solidement entassées. Ces zones de cristallinité sont appelées sphérulites et elles peuvent varier dans la forme et la dimension à travers les zones amorphes. La longueur des chaînes polymères contribue à leurs habiletés à cristalliser (PP, PE, PA PBT, PET, …)
Ligne de soudure / Ligne de recollement
Une ligne de soudure est le recollement de 2 fronts matières suites au contournement d’une ouverture sur la pièce durant la phase de remplissage. Cette zone peut être fragilisée mécaniquement si la température n’était pas assez élevée.
Mucell
Le principe est d’injecter un gaz carbonique dans la matière plastique afin d’alléger les pièces et de réduire les couts de productions. Ce gaz joue le rôle d’agent d’expansion. Injectée à l’état liquide, il se dissout dans la matière avant de se transformer par sublimation en arrivant dans le moule d’injection avec pour résultat un gain de poids de 10 à 30% selon la matière et la pièce. Ce procédé permet la formation d’alvéoles de très petite taille de 5 à 50 micromètres de diamètre. Ces cellules influent moins sur les performances mécaniques des pièces, et la reproductibilité des résultats est meilleure.
Injection assistée gaz
La technologie d’injection assistée par gaz (IAG) caractérise un procédé technique au cours duquel l’âme plastique d’une pièce moulée très volumineuse est repoussée à l’aide d’azote de sorte qu’un canal en forme de tube se forme.
Circuit de refroidissement
Perçages réalisés dans la carcasse du moule pour réguler la température du moule. La régulation du moule peut être réalisé avec de l’eau ou de l’huile