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Simulation numérique du process de soudage

Simulation numérique du process de soudage

1. En conception, prise en compte très grossière du cordon => solutions conservatives qui conduisent à surdimensionner les composants 2. En simulation CND, acquisition des données par des méthodes destructives coûteuses et nécessitant une expertise, limité à une description géométrique 2D du cordon de soudure.

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Simulation numérique du soudage du TA6V par laser YAG impulsionnel : caractérisation expérimentale et modélisation des aspects thermomécaniques associés à ce procédé

Simulation numérique du soudage du TA6V par laser YAG impulsionnel : caractérisation expérimentale et modélisation des aspects thermomécaniques associés à ce procédé

5.2.2. Simulations thermiques par éléments finis des cordons de soudure Le soudage laser génère des cordons fortement évasés en surface (en forme de « tête de clou »), attribués soit à un chauffage superficiel par diffusion des particules de la plume de plasma, soit (surtout dans le cas du laser YAG impulsionnel) à un chauffage par des mécanismes convectifs [Fabbro, 2002]. La simulation numérique des cordons impose donc l'utilisation de modèles à double source (surface + capillaire), déjà utilisés dans le cas du soudage par faisceau d’électron [Rogeon, 2001], avec en général un capillaire de géométrie fixée (tube ou ligne). Les derniers développements sur la simulation du soudage laser intègrent à la fois le comportement du bain liquide, la dynamique du capillaire, et le calcul du cordon final. Dans ce qui suit, nous avons choisi de modéliser très simplement les cordons laser, en utilisant un code éléments finis solide : ABAQUS 6.6.1 standard [Abaqus Software, 2006], et en ne considérant que le chauffage par conduction du massif. Donc, l’équation à résoudre pour le calcul des champs de température dans une pièce au cours du soudage repose sur la résolution d’un problème de conduction classique dans lequel, néanmoins la conductivité thermique, la masse volumique et la chaleur spécifique du matériau dépendent fortement de la température et des phases en présence. Le code résout alors l'équation de diffusion de la chaleur (équation 5-1) à chaque incrément de calcul.
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Modèle de comportement élastoplastique adapté à la simulation numérique du soudage

Modèle de comportement élastoplastique adapté à la simulation numérique du soudage

5 Conclusion Un modèle élastoplastique à écrouissage isotrope non-linéaire a été considéré et a été implanté via le générateur de code MFront, développé par le CEA, et permettant en particulier l’intégration de lois de comportement dans un code de simulation numérique. Ce modèle permet de prendre en compte le phénomène de restauration d’écrouissage rencontré notamment dans le soudage multi-passes. Plus pré- cisément, ce modèle permet de restaurer la variable d’écrouissage à l’état solide en la diminuant progres- sivement et en l’annulant complètement à la température de fusion.
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Contribution à la modélisation et à la simulation numérique du soudage par friction et malaxage

Contribution à la modélisation et à la simulation numérique du soudage par friction et malaxage

CONTRIBUTION A LA MODELISATION ET A LA SIMULATION NUMERIQUE DU SOUDAGE PAR FRICTION ET MALAXAGE R ESUME : Le soudage par friction malaxage est un procédé d’assemblage de pièces en phase solide. Ce procédé utilise le principe de la conversion de l’énergie mécanique en énergie thermique par frottement de l’outil avec les pièces à assembler. Ce travail de thèse est une contribution à la modélisation et à la simulation numérique de ce procédé permettant de fournir des modèles pour aider à la compréhension des phénomènes thermiques et mécaniques lors du soudage FSW. Les études expérimentales menées sont principalement orientées vers la caractérisation de l’écoulement de matière à l’aide de marqueurs. L’effet de la géométrie de l’outil sur l’écoulement de la matière au cours du soudage est étudié. Les champs thermiques et mécaniques à l’état stationnaire sont obtenus à l’aide de modèles de dynamique des fluides. Deux modèles thermomécaniques sont développés. Le premier modèle numérique, construit sous Fluent, prend en compte le flux de chaleur entre la tôle à souder et la plaque support au travers d’un coefficient d’échange constant dans toute la zone soudée. Il permet d’étudier le comportement thermomécanique et l’écoulement au cours du soudage. Une loi de comportement dépendante de la température et de la vitesse de déformation est utilisée et une discussion sur les conditions de contact entre l’outil et les plaques à souder est présentée. Les résultats numériques de l’écoulement sont comparés avec ceux obtenus expérimentalement dans le cas de suivi des trajectoires de particules de cuivre. Le deuxième modèle original est basé sur une procédure itérative et permet le soudage de plaque de grandes dimensions. Pour une meilleure prise en compte des conditions aux limites thermiques, un modèle thermomécanique construit autour de l’outil de soudage est couplé avec un modèle thermique pour tout le reste du domaine étudié. Ce modèle permet de prendre en compte directement le transfert de chaleur dans l’outil et dans la plaque support. Les cycles thermiques et la plage de viscosité pour deux alliages d’aluminium (AA7020-T6 et AA6061-T3) sont analysés et comparés avec succès aux résultats expérimentaux. Les efforts et le couple de soudage calculés numériquement sont validés par rapport à la littérature.
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Simulation numérique du soudage FSW à l'aide d'une formulation ALE

Simulation numérique du soudage FSW à l'aide d'une formulation ALE

17 I. Introduction La simulation numérique d’un procédé aussi complexe que le procédé FSW présente plusieurs difficultés. En effet de grandes déformations sont mises en jeu dans la zone thermo mécaniquement affectée ainsi que dans le noyau et de forts gradients thermiques ont lieu à proximité de l’outil. L’écoulement de matière à simuler résulte de flux rotatifs et rectilignes dus au mouvement de l’outil, et de flux perpendiculaires à ceux-ci dus à la présence de filets sur le pion ou à l’inclinaison de l’outil. Un point clé pour calculer un bon écoulement est le traitement du contact, celui-ci étant un des acteurs principaux de ce fort couplage thermomécanique (voir Figure II-1). Le contact est directement lié au frottement de l’épaulement sur la pièce qui génère une élévation de température dans les deux corps. De cette température dépend le comportement du matériau qui est pâteux dans la zone proche de l’outil et solide loin de l’outil. Un contact imparfait, c'est-à-dire mal établi peut alors entrainer un échauffement insuffisant de la pièce, un mauvais malaxage et ainsi résulter en la formation de trous. De plus le contact est fortement lié à l’évolution de la surface libre et impacte donc la modélisation des bavures. Il est donc crucial de modéliser correctement le contact dont vont découler toutes les conditions d’écoulement de la matière, tout particulièrement dans l’optique d’être capable de prédire la formation des défauts de soudage.
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Simulation numérique du choc laser pour la mise en compression en présence de l'état initial dû au soudage

Simulation numérique du choc laser pour la mise en compression en présence de l'état initial dû au soudage

et enfin avec 25 impacts a mis en évidence, qu’en augmentant le nombre d’impacts, la contrainte initiale est totalement effacée puisque l’on obtient les mêmes résultats avec et sans contraintes initiales. Par la suite, un calcul de soudage suivi de 25 impacts a été réalisé. En comparant les contraintes résiduelles induites par le choc laser multi-impacts, avec et sans contraintes initiales, nous avons mis en évidence que les contraintes de traction était complètement effacées par le choc laser tandis que les contraintes de compression s’ajoutaient. En conclusion, nous pouvons considérer que ne pas prendre en compte les contraintes résiduelles de soudage dans nos calculs permet d’être conservatif. De plus, l’état initial sera d’autant plus négligé que le nombre d’impacts sera important. Toutefois, dans l’ensemble de ces études, l’écrouissage n’est pas pris en compte. Une étude plus complète devra être réalisée afin de prendre ce facteur en compte.
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Simulation numérique du soudage de grandes structures par une approche locale/globale

Simulation numérique du soudage de grandes structures par une approche locale/globale

 RÉSUMÉ . Une approche locale/globale (Souloumiac et al., 2002) a été développée pour déterminer les distorsions résiduelles de soudage des structures de taille importante. Cette méthode consiste à calculer les déformations plastiques sur un modèle local et à les projeter ensuite sur un modèle global. Les distorsions dues au soudage sont alors obtenues par une simple analyse élastique. L’objectif de cet article est d’étudier les conditions à respecter pour définir un modèle local permettant d’obtenir des résultats utilisables pour l’analyse élastique ultérieure sur l’ensemble de la structure. Dans cet article, le principe de l’approche locale/globale est présenté dans un premier temps et les problèmes proposés par cette approche au niveau du modèle local sont ensuite décrits. Enfin, la dernière partie est consacrée à l’étude de la définition du modèle local.
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Analyse expérimentale et simulation thermomécanique du soudage bout à bout de tubes de polyéthylène

Analyse expérimentale et simulation thermomécanique du soudage bout à bout de tubes de polyéthylène

L’intérêt de la simulation numérique pour le soudage bout à bout est multiple. D’une part, elle permet avec l’aide d’essais expérimentaux de bien comprendre la thermique du procédé dont les calculs sont compliqués à résoudre analytiquement, mais aussi la mécanique de formation de la soudure. D’autre part, il existe une grande variété au niveau des matériaux PE utilisés pour la fabrication de tubes dont les caractéristiques diffèrent de manière significative. En théorie, tous les types de PE d’une même famille de viscosité peuvent être soudés les uns aux autres, à condition qu’ils soient du même diamètre et d’épaisseur équivalente. Le fait de souder des tubes de composition différente, même d’une même famille de viscosité, influe sur les propriétés des soudures et nécessite des conditions de soudage adaptées. De plus, la qualité des soudures dépend non seulement des paramètres de soudage (température de miroir, pression appliquée,…), mais aussi des conditions extérieures (vent, pluie,…). Tout ceci rend le nombre d’essais à réaliser extrêmement important et impossible à mener à terme dans une limite de temps convenable si l’on voulait couvrir l’ensemble des conditions. La simulation numérique prend alors toute son importance, puisqu’une fois le code de calcul validé à partir d’un nombre restreint d’essais, il devient théoriquement possible de prédire les caractéristiques des soudures dans n’importe quelles conditions.
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Modélisation et simulation d'un écoulement sous vibration. Application au soudage par ultrasons de composites à matrice thermoplastique.

Modélisation et simulation d'un écoulement sous vibration. Application au soudage par ultrasons de composites à matrice thermoplastique.

Fig. IV.14: Degré de cicatrisation de l'interface. Bilan Les premiers résultats obtenus permettent de valider les quelques hypothèses eectuées dans la modélisation, en particulier en ce qui concerne les conditions limites. L'erreur numérique a pu être évaluée à une dizaine de pourcents. Cette erreur est encourageante compte tenu de l'absence de travaux antérieurs à cette étude. Les simu- lations ne permettent pas de conclure sur des valeurs quantitatives mais représentent plutôt un outil d'analye qualitative de l'inuence des diérents paramètres sur la qua- lité de la soudure. Il en est de même pour les outils théoriques tels que l'analyse de la cicatrisation à l'interface. Les simulations n'ont été présentées que pour proposer d'éventuelles possibilités et perspectives de dépouillement des simulations. Elles n'ont pas pour ambition, à l'heure actuelle, de quantier mécaniquement avec précision une qualité d'adhésion.
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Contribution a l'étude expérimentale et numérique du soudage laser : application aux alliages de magnésium

Contribution a l'étude expérimentale et numérique du soudage laser : application aux alliages de magnésium

Introduction générale Récemment et face à un besoin industriel, le développement des procédés de soudage pour l’assemblage des alliages légers, en l’occurrence ceux à base de magnésium, est devenu un domaine de recherche attractif. En effet, les alliages de magnésium sont des nouveaux alliages qui sont de plus en plus utilisés dans l’industrie des moyens de transport à cause d’un certain nombre de caractéristiques intéressantes notamment leur faible densité. Soucieux de réduire la consommation du carburant et dans le but de protéger l’environnement, les constructeurs d’automobile ont utilisé ces alliages légers pour réduire le poids des véhicules. Depuis quelques années, plusieurs travaux de recherche ont été réalisés pour l’étude de faisabilité de nouvelles techniques d’assemblage des alliages de magnésium, comme le FSW [BAS.06, DAR.07, AFR.08…] et le soudage par faisceau laser [DRA.98a, HAF.98, DHA.01a, DHA.01b, FER.05, HAV.06]. Mais le nombre important de paramètres de ces procédés et leur sensibilité aux variations de la température, conduit à une expérimentation longue et coûteuse. Avoir recours à la simulation numérique, pour optimiser les variables du procédé et prédire ces conséquences thermiques, mécaniques et métallurgiques, peut être une démarche intéressante pour contourner les problèmes des travaux expérimentaux.
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Modélisation numérique d'un procédé de soudage hybride arc / laser en approche level set : application au soudage multi-passes de tôles d'acier de forte épaisseur

Modélisation numérique d'un procédé de soudage hybride arc / laser en approche level set : application au soudage multi-passes de tôles d'acier de forte épaisseur

1.2. Le projet SISHYFE 1.2.2 Les entreprises industrielles Areva NP Areva NP est confronté à une demande soutenue de fabrication de composants pour de nouvelles centrales nucléaires ou de remplacement de composants des centrales en service. Cette demande nécessite d’optimiser les processus de fabrication des gros composants et plus particulièrement de réduire les délais. L’atteinte de cet objectif passe par une augmentation de la productivité en gé- néral et plus particulièrement pour les opérations de soudage. Le développement de la productivité en soudage a commencé par l’optimisation des procédés éprouvés (Sub Arc Welding (SAW), Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)). Ceci a conduit effectivement à des taux de dépôt amélioré (quan- tité de métal d’apport déposé par minute), mais l’apparition de procédés combinés comme le laser / GMAW (Gas Metal Arc Welding) laisse entrevoir des gains de productivité supérieurs tout en maintenant ou en améliorant le niveau de qualité. Areva a donc décidé d’évaluer ce procédé dans différentes configurations. Si la première étape est l’étude de la faisabilité par la mise au point de paramètres de soudage, la maîtrise du procédé est tout aussi importante. Ceci nécessite de connaître les phénomènes mis en jeu et leurs influences respectives. Par ailleurs les configurations de soudage présentent de nombreuses variantes (épaisseurs, emboîtements, etc.). Afin de pouvoir généraliser le développement il est important de disposer d’un outil de simulation numérique prédictif permettant de passer d’une configuration à une autre. Par prédictif est entendu un modèle qui soit capable de s’affranchir d’étapes préalables d’analyse inverse nécessaires, par exemple, à la caractérisation des paramètres des sources de chaleur. Ceci permettra de réduire notablement les phases expérimentales et d’appréhender au plus tôt l’impact sur le design.
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Modélisation numérique des phénomènes physiques du soudage par friction-malaxage et comportement en fatigue de joints soudés en aluminium 7075-T6.

Modélisation numérique des phénomènes physiques du soudage par friction-malaxage et comportement en fatigue de joints soudés en aluminium 7075-T6.

aluminium alloys with low weldability, such as 2XXX and 7XXX series. The process requires lower energy than conventional fusion welding processes and no consumables such as electrodes and protecting gases are needed [1]. As shown in Fig. 3-1, a rotating cylindrical, shouldered tool with a pin on its extremity is plunged at the interface between two plates until contact is made between the shoulder and the workpiece. A downward force is applied to maintain sufficient friction in order to induce material flow. Heat is generated by friction and plastic strain. A translating movement is then applied to perform the weld by stirring the softened material from each workpiece. The combination of large plastic strain and elevated temperature has an important effect on the microstructure of the base material. The material flowing around the welding tool results in a region called the nugget where small recrystallized grains appear. A thermomechanically affected zone (TMAZ), where grains are also strained but not recrystallized, is observed on the outside of the nugget. In the heat affected zone (HAZ) outside the TMAZ, the grains shape remains unchanged but the precipitation state is affected by elevated temperatures [2].
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Modèles hyper-réduits pour la simulation simplifiée du soudage en substitut de calcul hors d’atteinte

Modèles hyper-réduits pour la simulation simplifiée du soudage en substitut de calcul hors d’atteinte

Le soudage multipasse est mis en œuvre pour recharger des tuyaute- ries présentant localement des sous- épaisseurs. La simulation numérique facilite le choix des nombreux pa- ramètres de soudage. La réduction des modèles permet d’accélérer ces choix. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux cas pour les- quelles il est difficile de réaliser inté- gralement la simulation du soudage, faute de temps ou par manque de moyens de calcul. Ce sont des simu- lations hors d’atteintes. Or, les pré- visions manquantes ne permettent pas la mise en œuvre d’une mé- thode de décomposition orthogonale aux valeurs propres pour extraire une base réduite de modes empi- riques à partir des données produites par simulation numérique. Nous pro- posons donc soit un modèle di- rectionnel bien adapté au soudage, soit une étape d’extrapolation des données de simulations par déca- lage spatial des prévisions calculées. Ces deux approches sont complé- mentaires de la méthode d’hyper- réduction, dans laquelle les équa- tions de bilan sont restreintes à un maillage réduit. Ces méthodes per- mettent de démarrer une simulation numérique du soudage avec un mo- dèle éléments finis, puis de pour- suivre cette simulation par un mo- dèle hyper-réduit. Cela évite d’avoir à réaliser de nombreuses études pa- ramétriques et permet de traiter des simulations qui sont hors d’atteintes. Ce mémoire se termine par un cha- pitre traitant du cas de rechargement d’un tube, pour lequel EDF a mis en œuvre un essai instrumenté.
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Simulation eulérienne des conséquences matériaux induites par soudage FSW

Simulation eulérienne des conséquences matériaux induites par soudage FSW

Résumé — Dans cet article, une stratégie de maillage mobile est proposée pour la simulation numérique du soudage par friction malaxage et les conséquences matériaux induites, pour des géométries de pions complexes. Elle est basée sur un formalisme eulérien et prend en compte les transferts de chaleur, la mé- canique et une équation d’advection de manière à intégrer l’historique du matériau. La première section décrit la modélisation physique. La méthode et le traitement numérique sont détaillés dans la deuxième partie et la dernière section présente un exemple de soudage afin d’illustrer l’efficacité de la méthode proposée.
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Risque de crédit: modélisation et simulation numérique.

Risque de crédit: modélisation et simulation numérique.

in these models. In this chapter, we review some of the results in the intensity approach from a more general point of view based on the general theory of processes. For theoretical back- ground, one can refer to Dellacherie and Meyer [22], Jacod [49], Protter [67]. However, our objective here is to reinterpret some existing results in the credit modelling using the classical notions without entering in the theoretical details. We are in particular interested in the compensator process of a stopping time τ and in its calculation. An important hypothesis, the (H)-hypothesis, is discussed and a classical example where this hypothesis holds is revisited along this chapter. Instead of the minimal filtration expansion condition often adopted in the credit modelling, we propose to work with a more general condition presented in Jeulin and Yor [57] and discussed in the credit case by Guo, Jarrow and Menn [44], which can be adapted directly to study the first default time in the multi-credits case. Then we are interested in the pricing of the defaultable zero coupon and hence in the calculation of the conditional survival prob- abilities with respect to the global filtration. To this end, we study the multiplicative decomposition of the so-called “survival process” which is a supermartingale. This leads to a generalization of the classical HJM type model discussed in Sch¨onbucher [72] and we show that the survival process is the key term in determining the condi- tional survival probabilities. For pricing purposes, especially when there are several credits, it’s important to study the case after the default. This is the main issue of the last subsection which consists our main original contribution. We propose a systematic method to calculate the conditional expectations and we point out that the family of conditional survival probabilities P(τ > θ |F t ) where θ ≥ 0 plays the crucial role. We
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Simulation numérique de l'initiation de la rupture à l'échelle atomique

Simulation numérique de l'initiation de la rupture à l'échelle atomique

Figure 1.2. Vue du quartier après la vague de mélasse. Source : Boston Public Library - https ://www.flickr.com/photos/boston_public_library/4901555337/ La mécanique de la fracture a évolué, d’une curiosité scientifique à une discipline d’in- génierie, principalement à cause de ce qui est arrivé aux navires "Liberty Ships" pendant la seconde guerre mondiale [ 4 ]. Suite au bombardement des navires américains par les Alle- mands et ayant infligé des pertes importantes, les États Unis ont décidé en 1941 d’adopter une production massive de navires puisque la marine allemande coulait des cargos trois fois plus vite que les procédures existantes de construction navale. Pour ce faire, le processus de rivetage a été remplacé par le soudage pour gagner en temps et coût de production. Les bâ- teaux "Liberty ships" ont été ainsi construits au nombre de 2708 unités entre 1939 et 1945. Après la guerre, 1038 cas d’endommagement on été déclarés. Le cas le plus significatif est celui des navires qui ont rompu en deux parties. Des zones affectées thermiquement (ZAT) ont été créées suite au soudage des coques ce qui a conduit à la création des contraintes résiduelles dans le matériau. À basses températures, l’acier est fragile favorisant l’appari- tion de fissures. La rupture brusque des coques des "Liberty ships" a causé le naufrage de plus de 200 navires. Ce constat a permis de souligner l’importance de l’étude de la ténacité des matériaux pour limiter la propagation rapide des fissures et a marqué l’évolution de la mécanique de la fracture.
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Manufacturing Process Modeling and Simulation

Manufacturing Process Modeling and Simulation

This paper presents a methodology to be employed in the whole process design phase including first and second processing. This methodology consists of a set of steps which are characterised by an independent model. This paper’s objective is to analyse the coherence between the different models and the coherence between the model and the objectives of each step. The final stage is to develop the production plans. The casting process was the first one to be analyzed. Casting models were created using CAD software (Catia V5R17) and imported into the casting simulation environment (Magmasoft). Filling and solidifying processes have been simulated using different casting models in order to optimize the final configuration. The machining process was modeled using the machining features concept and it was simulated using Catia’s Advanced Machining environment. Two machining strategies have been analyzed according to positioning strategies. Process engineering software was used to create the process plans and to analyze the resource allocation.
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Simulation numérique de la climatisation en été d’un local

Simulation numérique de la climatisation en été d’un local

Résumé Cette étude est basée sur une simulation en trois dimensions pour l’amélioration de la température ambiante d’un local pour réaliser le confort thermique. Nous avons varié la vitesse et la température de l’air frais, et nous avons trouvé que l’augmentation de la vitesse de l’air frais va réduire la température intérieure d’une façon remarquable mais on va sortir de la zone de confort thermique. Puis nous avons varié la température de l’air frais et les résultats obtenus montrent que la diminution de cette dernière jusqu’à 17 °C au maximum car on est limitée par les installations de climatisation et la consommation énergétique.
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Simulation numérique du comportement thermique des fenêtres

Simulation numérique du comportement thermique des fenêtres

Nous avons ensuite présenté les différents mécanismes qui régissent le transfert d'énergie dans les matériaux de construction et enchainé avec les normes utilisées dans la conception de ces fenêtres. Notre contribution principale à ce sujet réside dans la réalisation d'une simulation numérique par un logiciel commercial appelé COMSOL Multiphysiques, le comportement thermiques de différentes sections de fenêtres composées de divers matériaux (PVC, Bois, aluminium, ...) a été étudié et validé.

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Simulation numérique de l’écoulement  dans une pompe centrifuge

Simulation numérique de l’écoulement dans une pompe centrifuge

Dynamique des fluides numérique (computationalfluiddynamics,CFD)est un outil qui dispose d’une souplesse ,d’une précision et d’un champ d’application très étendu. Un logiciel de CFD performant, capable de vous fournir des informations vous aidant a l’optimisation de vos conceptions peut être hors de votre portée si le dit logiciel n’est pas choisi avec soin .pour obtenir d’excellents résultats de CFD, vous avez d’un bon logiciel. ANSYS CFD va au-delà des résultats qualitatifs pour fournir des prédictions quantitatives précises des interactions et d’échange de fluides. CES informations révèlent des opportunités inattendues pour votre produit que même des analystes en conception expérimentes pourraient manquer.
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