Composants

Le module de refroidissement étudié se compose de trois éléments principaux : le Groupe moto-ventilateur, le condenseur et le radiateur.

5.4.1.1 Le groupe moto-ventilateur (GMV)

Le groupe moto-ventilateur est constitué d’une buse accueillant un moteur et une hélice. L’hélice et le moteur ne sont pas modélisés habituellement. Le moteur tout d’abord est un assemblage complexe de nombreuses parties ayant des masses, raideurs et dimensions variées. Son impact dans le cadre des tests se limite au rôle que joue sa masse totale sur le comportement global de la buse. Il en va de même pour l’hélice. Celle-ci n’étant pas en mouvement lors de l’essaià simuler, elle n’a

FIGURE5.15: Historique des déplacements en essais et simulation pour un modèle avec raideur constante

FIGURE5.16: Répartition des valeurs mesurées et calculées pour un modèle avec raideur constante

FIGURE5.17: Maillage de la buse avec représentation du moteur par un élément rigide

pas d’autre impact que sa masse sur le reste de la manipulation. Nous représentons donc finalement le moteur et l’hélice par leurs masses additionnées positionnées au centre de gravité de l’ensemble, et liés rigidement aux points de fixation du moteur sur la buse (figure 5.17.

La buse est donc le seul composant du GMV à être maillé. Pour des raisons pra-tiques vue la complexité de la pièce, des éléments finis tétraèdres paraboliques sont utilisés.

5.4.1.2 Le condenseur

Le condenseur est un échangeur brasé entièrement constitué d’aluminiumdont les propriétés ne sont pas disponibles. Les dispersions dans la fabrication ne permettent pas de modéliser avec précision les cordons de brasure. Pour ces raisons, les brasures sont simplement remplacées par des coincidences de noeuds qui rendent la modélisation par éléments finis complexe et longue.

Le premier maillage a générer est celui des tubes et de leurs cloisons (fig :5.18), de manière à créer les maillages des manifolds avec une capture des noeuds existants. Ceux-ci seront maillés sur la base d’éléments finis héxaèdres linéaires afin de re-présenter au mieux la jonction perpendiculaire avec les tubes. En effet, malgré les

FIGURE5.18: Détail du maillage des tubes de condenseur et de leurs cloisons

FIGURE 5.19: Maillage d’un manifold connecté au maillage de jonction coque-solide d’un tube de condenseur

faibles épaisseurs, une modélisation en éléments coques des manifolds ne permet-trait pas de s’assurer d’obtenir un bon comportement de jonction. Les intercalaires et les tubes dans la partie centrale du faisceau sont représentés par de simples hexa-èdres linéaires, dont les propriétés sont issues de la méthode d’homogénéisation que l’on présente plus loin. La jonction entre les éléments coques des tubes et leur représentation homogénéisée est assurée par un maillage en éléments solides au-quel on affectera les propriétés du matériau homogène du tube. Cette portion assure donc la progression géométrique ainsi que la transmission des efforts des cloisons entre la partie coque et le milieu homogénéisé (fig :5.19).

FIGURE5.20: Détail du maillage de la bouteille du condenseur

Les brides fixées sur les manifolds ont peu d’impact en raideur, seules leurs masses perturbent le comportement global, on peut donc se permettre de les mailler avec de simples tétraèdres linéaires (figure 5.19).

La bouteille est elle aussi simplifiée. On assimile ce réservoir à un solide rempli, en aluminium, mais avec une densité ajustée pour correspondre au poids réel de la bouteille et du fluide. Le maillage est généré par un simple remplissage en tétraèdre linéaire, d’une enveloppe d’éléments triangulaires. Les tubulures ont une épaisseur faible et sont donc maillées en éléments coques (figure 5.20).

Les différentes parties du condenseur sont ensuite assemblées à l’aide de contacts collés pour représenter les liaisons vissées ou les serrages.

FIGURE5.21: Détail du maillage du collecteur et des tubes

5.4.1.3 Le radiateur

Le radiateur est le composant porteur du module. Il s’agit également d’un faisceau brasé modélisé en équivalent homogénéisé. Comme dans le cas du condenseur les pieds de tubes sont maillés en éléments coques. Le collecteur qui ferme la boite à eau et accueille les tubes est lui aussi maillé en éléments coques avec des noeuds coincidents avec les noeuds des tubes. Les tubes étant physiquement maintenus dans le collecteur par le collet, les éléments finis de coques correspondent à la somme des épaisseurs du collecteur et du tube dans cette région. Il en est de même pour la joue puisqu’elle est brasée sur le collecteur Cette jonction est représentée par une zone commune en coque correspondant à la somme des épaisseurs.

La complexité des boites à eau implique de les mailler avec des éléments finis tétraèdres paraboliques.

La modélisation ne tient pas compte de la présence d’un joint en élastomère à l’intérieur du collecteur. Celui-ci, additionné du sertissage, crée un blocage du collecteur par rapport à la boite à eau. Une modélisation logique serait de représen-ter ces inreprésen-teractions par du contact comme entre les dents du collecteur et le pied de la boite à eau. Le problème d’une telle représentation serait la transformation des contacts en collage lors des calculs dynamiques classiques, interdisant tout glissement. Ce comportement serait alors beaucoup trop rigide par rapport à la

FIGURE5.22: Schéma du couplage boite-collecteur

réalité.

Une représentation simplifiée du bon comportement consiste à coupler suivant certains degrés de libertés des noeuds de la boite, et des noeuds du collecteur. Ces couplages directionnels permettent ainsi de ne pas surcontraindre les deux corps l’un par rapport à l’autre. Les noeuds à coupler peuvent être regroupés en 5 groupes , et le couplage automatique des degrés de liberté pour des noeuds dans une certaine tolérance codé dans une macro. On peut représenter une coupe de l’assemblage boite-collecteur par la figure 5.22.

Au sens des éléments finis, selon les logiciels, ce type de couplage peut être réalisé à l’aide d’équations contraignant l’égalité des degrés de libertés comme cela peut être le cas dans ANSYS, ou être assuré par des éléments correspondant à des poutres infiniment rigides (pour lesquelles les rotations nodales doivent généralement être bloquées) ce qui peut s’apparenter à certains connecteurs d’ABAQUS. Il est impor-tant de pouvoir visualiser ces couplages correctement (fig :5.23). L’automatisation d’un tel couplage passe par l’utilisation de sphères de tolérance. Sans prévoir la gestion d’exceptions adéquate, le risque majeur du couplage automatique est d’as-socier deux noeuds maîtres à un même noeud esclave ce qui est mathématiquement impossible. Bien que le préprocesseur acceptera une mise en donnnées de ce type, le solveur est le plus souvent incapable de corriger de lui même la singularité (en ne tenant pas compte de toutes les équations imposées supplémentaires comme le

FIGURE 5.23: Représentation du couplage boites-collecteur dans le modèle éléments-finis

fait NASTRAN par exemple). Il faudra alors pouvoir supprimer manuellement les équations ou éléments en surnombre.