Добірка наукової літератури з теми "Automobiles – Carrosseries – Simulation par ordinateur"

Dans l'industrie automobile, la simulation numérique est essentielle pour tester les structures et les composants des véhicules avant leur fabrication, ce qui permet de gagner du temps et des ressources. La précision des modèles numériques est cruciale dès les premières étapes de conception. Compte tenu du nombre de soudures par points dans une carrosserie variant de 3000 à plus de 5000, la modélisation de ces soudures devient un élément primordial pour reproduire un comportement d’ensemble proche de la physique réelle.Compte tenu des améliorations techniques apportées à la simulation et à l'assemblage de tôles d'épaisseurs et de matériaux divers, le modèle actuellement utilisé chez Mercedes Benz pour l'évaluation de la résistance des soudures par points n'est plus adapté. L'objectif de cette recherche est donc de développer un modèle plus performant capable de simuler la résistance élastique et apte à détecter la rupture des assemblages soudés.Une étude a été menée pour explorer les différents modèles de soudure par points utilisés dans l'industrie. De nombreux modèles peuvent être classés en fonction de leurs représentations géométriques, notamment les modèles circulaires, carrés et linéaires.Parmi les modèles très précis, ceux basés sur une représentation circulaire se distinguent, mais leur complexité les rend difficiles à intégrer dans une caisse en blanc. Deux modèles en particulier ont retenu notre attention : l'utilisation d'éléments hexaédriques avec une carte de matériaux spécifique et des éléments de type barre avec une zone de recherche dédiée pour une intégration simple dans l'assemblage. Ces deux modèles présentent des avantages et des inconvénients, notamment en ce qui concerne leur indépendance par rapport au maillage et leur comportement mécanique.L'idée retenue ici est de fusionner les avantages de ces deux approches en utilisant un élément de type cohésif de forme hexaédrique structurée par 4 poutres 3D de formulation de Timoshenko définies dans la hauteur de la zone de soudure. Les développements ont été réalisés sur ABAQUS. Grâce à cette méthode, un modèle numérique de notre structure peut être construit à partir des quatre arêtes et qui intègre une fonction permettant de déterminer la rupture de la soudure par points.Pour calibrer ce nouvel élément, plusieurs cas tests ont été réalisés, notamment des tests KSII, de cisaillement et de pelage. Une campagne expérimentale a été réalisée avec différents matériaux et épaisseurs afin d'adapter l'élément à différentes configurations réelles rencontrées dans les véhicules. Des simulations avec différentes tailles de mailles ont été réalisées et ont démontré un phénomène de dépendance au maillage, comme dans les modèles précédemment utilisés. Pour cette raison, une solution a été développée pour inclure une zone d'éléments de type coque autour du nouvel élément développé, réduisant ainsi l'influence de la taille de maille.Le nouvel élément hybride a été testé sur différentes caisses en blanc afin de le valider sur des structures complexes. Les différentes simulations ont fourni une bonne représentation du comportement réel. Des différences très localisées sont parfois visibles pouvant s'expliquer par le fait que la carte des matériaux développée avec le modèle Hybride n'a pas été calibrée pour toutes les combinaisons testées.En résumé, cette recherche représente une avancée notable dans la modélisation des soudures par points, avec des résultats très prometteurs. La création d'un modèle hybride qui s'adapte à différentes sollicitations et différentes tailles de mailles est une réalisation innovante. Néanmoins, un perfectionnement et une exploration continus sont nécessaires pour améliorer encore la précision et la robustesse de la modélisation pour les applications automobiles
In the automotive industry, the demand for complex and innovative products by customers is growing, which presents development challenges. Simulation allows testing of vehicle structures and components before physical construction, saving time and resources. This innovation allows the automotive industry to advance rapidly and push its boundaries. Mercedes-Benz is a leader in designing durable vehicles. An important part of car design involves digitally modelling the connections between metal sheets in the body structure, which is mainly done through spot welds. The number of spot welds varies from 3000 to more than 5000. Precise spot welds modelling allows accurate sizing of the sheets and spot welds in the early stages, resulting in time and cost savings in a vehicle’s design phase.The latest technical innovations in the simulation and assembly of sheet metal consider various thicknesses and types of materials. Up to day, the company's current model does not include such improvements in the evaluation of spot weld strength. The objective of the present work is, therefore, to develop a better model. The goal is to simulate the robustness of spot welds assemblies, while ascertaining their capacity to endure stresses and calculating failure.A first study has been carried out to explore the various spot weld models used in industry. Numerous models can be classified according to their geometric representations, in particular circular, square and linear models. Each of those representations has its own advantages and disadvantages. The models based on a circular representation stand out when it comes to very precise models. However, their complex representation makes them difficult to integrate into a body-in-white. The two other representations particularly caught our attention: one using hexahedral elements with a specific material map and, respectively, one using bar-type elements with a dedicated search zone for simple integration into the assembly. These two representations present advantages and disadvantages, particularly in terms of independence from the mesh and mechanical behaviour.The idea of this work is to merge the advantages from both these representations A cohesive type element with a hexahedral shape based on the use of 3D Timoshenko beam type formulation defining the height of the weld zone. The developments were carried out on ABAQUS. This method allowed us to obtain an elastic model of our structure to be built up from the four edges, as well as a function for measuring the failure of the spot weld.To calibrate this new element, several test cases have been identified and simulated, including KSII, shear and peel tests. These series of tests aimed to verify the adaptation of the element to configurations of materials and thicknesses. Further simulations with varying mesh sizes set in evidence a phenomenon of mesh dependency, as in the models previously analysed. Therefore, a solution has been developed to include a zone of shell elements around our new element, which reduces the influence of the mesh.This latter process allowed us to calculate our hybrid element on different body-in-whites to validate our model on complex structures. The conducted simulations provided a good representation of reality. Differences are still noticeable in places, which can be explained by the fact that the material map developed with the hybrid model has not been calibrated for all possible combinations.This research represents a notable step forward in spot weld modelling, with promising results for a further application in [the company’s model?]. The creation of a hybrid model that can adapt to different mesh sizes and controls all degrees of freedom is a substantial achievement. Nonetheless, the precision and robustness of spot weld behaviour modelling may be further enhanced for considering an industrial application

La recherche de la connaissance et de la compréhension du comportement dynamique d'une automobile n'est sans doute pas à ces débuts. Depuis que le véhicule automobile existe, l'amélioration de ces capacités, de la sécurité de ces passagers, et de son confort a permis à celui-ci une évolution ininterrompue. Auparavant, il n'était pas simple de gérer globalement toute cette connaissance. Les améliorations récentes du secteur informatique permettent actuellement de le faire en développant, entre autres, des logiciels de simulation du comportement dynamique d'une automobile. L'évolution des ordinateurs étant tellement importante, il devient maintenant possible de développer ces logiciels pour les utiliser en temps réel de manière interactive. Cette étude a consisté à tenir compte de cette nouvelle possibilité pour développer un programme permettant de simuler le comportement dynamique d'un véhicule avec couplage aérodynamique à l'aide d'un modèle mécanique relativement complet. Pour simuler correctement l'évolution d'un véhicule automobile tout au long de sa trajectoire, il était important de mieux cibler l'étude. Nous avons choisi d'étudier le comportement dynamique d'un véhicule de course. Nous devons donc déterminer ses meilleures performances possibles sur une trajectoire connue. L'utilisation du contrôle optimal sur un modèle simplifié nous a permis de le faire.

En dynamique explicite, l’analyse des structures est souvent très coûteuse à cause du grand nombre de pas de temps nécessaire à la stabilité des modèles. Le but est ici de proposer une méthode originale basée sur les techniques de décomposition de domaine, afin de réduire les temps de calcul. Une méthode de gestion du contact unilatéral entre sous-domaines a tout d’abord été introduite (méthode de la peau artificielle). Celle-ci repose sur la superposition d’une interface de contact (par pénalité) et d’une interface de liaison ; elle renvoie ainsi le traitement du contact inter-domaine à un contact interne au domaine. Par ailleurs, une méthode de raffinement a été intégrée à l’approche multi-domaines afin d’enrichir localement et temporairement le maillage au cours du calcul. La méthode étant rendue particulièrement instable par l’utilisation du schéma explicite, l’accent a été mis sur la manière de rééquilibrer la solution avant la reprise des calculs sur la nouvelle discrétisation
In explicit dynamics, structural analysis is often very expensive because of the large number of time steps necessary to the stability of the models. The goal is here to propose an original method, based on the domain decomposition algorithms, in order to reduce the time of calculation. A method of handling unilateral contact between domains was first introduced. This method rests on the superposition of a interface contact (by penalty) and of a link interface; it thus returns the treatment of the inter-domain contact to an internal contact to the domain. In addition, a refinement method was integrated into the multi-domain approach in order to enrich locally and temporarily the mesh during calculation. The method being made particularly unstable by the use of the explicit scheme, the accent was put on the way of rebalancing the solution before the resumption of calculations on the new discretization

Cette thèse traite de l'élaboration et de l'évaluation d'une méthodologie d'intégration des équipements électroniques dans la modélisation CEM de l'architecture électrique en amont dans la conception des véhicules. L'approche proposée a pour principe de dissocier la modélisation d'un équipement en deux parties complémentaires mettant en jeu constructeur automobile et équipementier. La faisabilité de cette modélisation a préalablement nécessité de caractériser l'interaction entre l'équipement et la caisse du véhicule. En outre, les différents facteurs influant sur la validité du modèle ont été examinés, ainsi que le degré de précision à lui accorder. Ce dernier aspect a été envisagé en tenant compte de la globalité du système, notamment de la variabilité introduite par l'entrelacement aléatoire du faisceau de câbles. Enfin, la démarche proposée a été évaluée en confrontant les résultats statistiques des mesures et des simulations obtenus sur un sous-système électronique réaliste
This thesis deals with the elaboration and the evaluation of an integration methodology of electronic equipment in the EMC modeling of the electrical architecture in the early design phase of a vehicle. The proposed approach is based on dissociating the equipment modeling into two complementary parts involving the car manufacturer and the elctronic supplier. The feasibility of this modeling technique primarily required ton characterize the interaction between the equipment and the car body. Besides, the different factors having an influence on the validity of the model were examined as well as its needed level of precision. The latter issue was considered by taking into account the globality of the system, especially the variability brought by the random bundling of the cable harness. Finally the proposed method was evaluated by comparing statistical measurement and simulation results obtained on a realistic electronic sub-system

Le contexte dans lequel s’inscrivent les travaux de thèse est la réduction catalytique sélective des émissions automobiles d’oxyde d’azote (NOx), appelée SCR (Selective Catalyst Reduction). Elle s’effectue par une injection directe à l’échappement d’une solution aqueuse d’urée qui offre une sélectivité favorable vis-à-vis des NOx. Cette technologie comprend également en aval de l’injecteur, un catalyseur dédié qui accélère la cinétique de réduction des NOx. Comme pour tous procédés utilisant un spray, l’efficacité de la SCR dépend des caractéristiques de celui-ci. Aussi les travaux de recherche se sont focalisés sur le spray avec l’analyse des distributions de taille de gouttes, puis la simulation de l’évolution du spray. Le code CFD ne disposant pas d’un modèle d’atomisation primaire adapté, une méthode a été proposée. Cette méthode repose sur l’utilisation de la distribution de taille de gouttes du spray mesurée par un granulomètre à diffraction laser. Pour cela, un modèle de distribution initiale de taille de gouttes a été établi à partir de la fonction Gamma Généralisée à trois paramètres. Ce modèle permet d’obtenir la distribution mathématique de taille de gouttes du spray, qui reproduit la distribution mesurée par le granulomètre. La distribution mathématique ainsi obtenue est utilisée comme distribution initiale du spray dans le code CFD. La validation des résultats de simulation numérique a été effectuée en comparant les distributions de taille de gouttes du spray. Le bon accord entre les résultats de simulation numérique et expérimentaux montre que le modèle mathématique défini à partir des distributions expérimentales comporte la quantité nécessaire d’informations sur le spray
The context within the thesis was carried out is the selective catalytic reduction of nitrogen oxide emissions cars (NOx), called SCR (Selective Catalytic Reduction). It is carried out by direct injection into the exhaust of an aqueous urea solution which offers a favorable selectivity to the NOx. This technology also includes downstream of the injector, a dedicated catalyst that accelerates the kinetics of NOx reduction. As with all processes using a spray, the effectiveness of SCR depends on the characteristics of it. Also the research was focused on the spray with the analysis of the experimental drop size distributions and the simulation of the evolution of the spray. The CFD code does not have an adapted primary atomization model, therefore a method has been proposed. This method is based on the use of a spray drop size distribution measured by a laser diffraction granulometer. For this, an initial drop size distribution model was determined from the Generalized Gamma function with three parameters. This model provides the mathematical drop size distribution of the spray, which reproduces the distribution measured by the particle sizer. The mathematical distribution thus obtained is used as the initial distribution of the spray in the CFD code. The validation of the numerical simulation results was performed by comparing with the experimental drop size distributions. The good agreement between the numerical and the experimental results shows that the mathematical model defined from the experimental drop size distribution has the necessary amount of information on the spray

Les débordements d'eau de pluie sur les vitres latérales d'un véhicule automobile représentent un facteur dégradant de la sécurité et du confort de conduite. La résolution de cette problématique nécessite de nombreuses études en soufflerie et le développement d'outils de simulation performants est encore nécessaire. L'objet de cette thèse est d'étudier le comportement de l'eau de pluie s'écoulant sur le pare-brise, le montant de baie et les vitres latérales de corps simplifiés et de véhicules réalistes, à travers des mesures en soufflerie et des simulations numériques. Une méthode optique de mesure des épaisseurs de film liquide par fluorescence induite et un protocole d'essais industriels en soufflerie échelle 1 ont été développés. Une base de données expérimentales est construite avec un contrôle strict des conditions aux limites pour étudier les paramètres prépondérants : - géométrie de la zone de débordement (gorge de pare-brise, décroché de montant de baie) et son influence sur le champ aérodynamique local et sur le drainage de l'eau ; - vitesse du véhicule ; - débits d'eau liés à l'intensité de la pluie ; - influence des effets de surface. L'analyse combinée de ces données et des résultats de calculs du champ aérodynamique permet de mettre en évidence les principaux mécanismes du débordement (écoulement en gorge et sur un décroché) et du cheminement de l'eau de pluie sur la vitre latérale. La comparaison des données expérimentales avec les résultats issus d'un modèle à une équation de film liquide surfacique permet de mettre en évidence les lacunes de cette modélisation. Des pistes d'amélioration du processus de simulation numérique sont proposées
Overflow of rain water on side windows of a car leads to a degradation of the driving security and comfort. A lot of wind tunnel studies are necessary to avoid this phenomenon, and further developments of numerical simulation tools are still needed. In this thesis, we study the way rain water flows over the windshield, the A-pillar and the side windows of simplified bluff bodies and realistic cars through wind tunnel tests and numerical simulations. An optical measurement method for liquid film thickness based on induced fluorescence and an experimental protocol for full-scale wind tunnel tests were developed. An experimental data base is build with strictly controlled boundary conditions to study the most important parameters: - overflow zone's geometry (windshield gutter and A-pillar's shape) and its influence on local aerodynamic field and on water draining, - car's velocity, - water fluxes linked to rain intensity, - surface effects influence. A combined analysis of those results with aerodynamic simulations brings to light the main mechanisms of overflow (flow in the gutter and on the A-pillar) and water paths on the side windows. The comparison of the experimental data with results from a one equation surface film model enables to underline the lack of efficiency of this kind of modeling. Then ways of improvement of the simulation process are suggested

Les synchronisateurs assurent le changement de vitesses dans les boîtes de vitesses manuelles. Leur structure, leur fonctionnement, et des problèmes de fonctionnement sont présentés à travers le synchronisateur de type Borg-Warner. Des modèles mathématiques des phénomènes applicables à la description du fonctionnement sont recueillis, puis incorporés dans un logiciel de simulation numérique. Les résultats de la simulation, confrontés aux résultats de mesures sur banc d'essais de fonctionnement de synchronisateur, permettent d'expliquer les origines de la deuxième bosse d'effort de changement, phénomène clé pour l'agrément de passage de vitesses. De même, les simulations mettent en relief le rôle du comportement dynamique du synchronisateur. Le stick-slip, facteur d'excitation interne, a un effet décisif sur la définition de l'instant de la fin de l'interdiction de passage. La discussion des résultats permet de proposer des améliorations d'intérêt pratique
Synchronizers allow gear changing in manual gearboxes. Their structure, their behaviour as well as problems of behaviour are presented using the Borg-Warner type synchroniser. Mathematical models of phenomena which can be used for description of the behaviour are collected, and then included in numerical simulation software. Simulation results, compared to measured data on synchronizer test rig, allow explaining reasons of the double bump, key phenomenon for the feel of gear changing. Then, simulations highlight the importance of the dynamical behaviour of the synchronizer. Stick-slip, as a main component of the internal excitation, determines the moment of the end of the indexing phase. Discussion of the results permits to suggest improvements of practical use