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Solutions de systèmes pour l'aviation de Liebherr-Aerospace

Précision, conception légère et innovation avec la simulation

De la région de l'Allgäu au monde entier, Liebherr-Aerospace à Lindenberg est synonyme de systèmes intégrés complets pour l'industrie aéronautique internationale - de la conception au service. Les simulations de haute précision sont la clé du développement de solutions innovantes, qui se concentrent sur les demandes des clients en termes d'économie, d'écologie et de sécurité.

Liebherr-Aerospace : Solidement implanté dans l'industrie aéronautique

Les constructeurs d'avions et d'hélicoptères du monde entier font confiance aux trains d'atterrissage, aux systèmes de commande de vol et d'actionnement, aux systèmes de gestion de l'air et à l'électronique de Liebherr-Aerospace.

Conçue, développée et produite à Lindenberg (Allemagne) et à Toulouse (France), la haute technologie de Liebherr-Aerospace rend service de manière fiable sur - et surtout, par-dessus - tous les continents. Les simulations des ingénieurs de Liebherr avec Ansys y contribuent largement, et ce de manière croissante.

À Lindenberg, dans l'Allgäu bavarois, quelque 2 500 employés veillent à ce que Liebherr-Aerospace soit et reste une référence dans l'industrie aéronautique. Fondée en 1960, initialement axée sur les réparations et les pièces de rechange, l'entreprise conçoit, développe, produit, qualifie et soutient aujourd'hui des systèmes intégrés complets sur son site de 160 000 m2 : Systèmes de commande et d'actionnement de vol, trains d'atterrissage, boîtes de vitesses et électronique.

1960
Lieu d’établissement
Liebherr-Aerospace a été fondée à Lindenberg il y a plus de 60 ans.
2600
Employés
Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH fait partie du groupe Liebherr.
>30
Ingénieurs en simulation FEA
Le groupe d'utilisateurs d'Ansys ne cesse de s'agrandir.

Demande du client : fiable et facile, innovant et économique

Dans l'aviation, plus que dans d'autres secteurs, les performances et la rentabilité des produits sont étroitement liées à leur poids mort. Chaque gramme économisé sur un composant rend les opérations de vol plus économiques et plus écologiques pour le client. Toutefois, la réduction de poids ne doit jamais se faire au détriment de la fonctionnalité et de la sécurité.

C'est là que la simulation entre en jeu. Holger Frey est l'un des 30 ingénieurs en simulation de Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH. À partir de modèles numériques détaillés, lui et son équipe utilisent des simulations haute fidélité pour déterminer les moyens de réduire le poids tout en respectant les conditions mentionnées. Cela nécessite un savoir-faire d'expert et les derniers logiciels de simulation.

D'innombrables scénarios sont systématiquement analysés jusqu'à ce que l'option objectivement la meilleure soit trouvée. Cette option est ensuite mise en œuvre sous forme de prototype réel et soumise à des tests complets sur le banc d'essai pour la vérification finale. L'anticipation numérique de la plupart des boucles d'itération permet de réaliser des économies de temps et de coûts considérables, surtout si l'on considère la construction de variantes de prototypes coûteux. Aucun compromis n'est fait en termes de qualité, car la correspondance entre les prédictions de la simulation et les résultats du banc d'essai est très élevée.

Chaque gramme économisé sur un composant rend les opérations aériennes plus économiques et plus écologiques pour le client.

Nouveauté : Première pièce de système Airbus imprimée en 3D

Cet avantage est particulièrement évident dans le processus de développement des composants qui sont fabriqués à l'aide de techniques de fabrication agiles telles que l'impression 3D. Le concept du produit, via des modèles virtuels, est évalué avec une telle précision et tous les paramètres sont transférés de telle manière que le premier prototype physique produit est presque parfait dès le départ. Des erreurs d'impression ? Pas du tout

Début 2019, Liebherr-Aerospace a commencé la production en série de composants imprimés en 3D - et a établi des normes. Le support de train d'atterrissage avant imprimé en 3D pour l'A350 a été la première pièce du système Airbus à être qualifiée pour l'impression 3D de titane et approuvée pour le vol.

Utiliser des outils numériques pour comprendre avec précision des effets physiques complexes

La plupart des questions auxquelles répond la simulation chez Liebherr-Aerospace concernent la mécanique des structures. Il s'agit d'analyser la capacité de charge statique jusqu'à la défaillance des composants et de déterminer la résistance à la fatigue des composants sous des charges quasi-statiques ou dynamiques.

Dans les analyses statiques, les experts en simulation Liebherr ont pour tâche et pour exigence de représenter correctement dans leur modèle la charge réelle, le lieu et le mode de défaillance dans des limites très étroites.

Ces prototypes - virtuels - constituent également un défi car ils intègrent différents types de comportements non linéaires. Il s'agit notamment de phénomènes complexes, tels que les grandes déformations déclenchées par une dynamique élevée, par exemple lorsqu'un train d'atterrissage touche le sol. L'expertise d'experts en simulation expérimentés est essentielle, surtout lorsqu'il s'agit de détails infimes, comme c'est le cas pour la modélisation détaillée et physiquement correcte des zones de contact entre les assemblages. 

"Analyses soutenues par le test"

La vérification des éléments porteurs dans l'aviation selon le principe des "analyses étayées par des essais" signifie que les futurs produits seront contrôlés à l'aide de différentes méthodes et non d'une seule. Cela se traduit par des avantages en termes de sécurité. La vérification de tous les modèles et paramètres, par le biais de comparaisons approfondies des résultats de simulation, est très importante. La vérification de tous les modèles et paramètres, via les comparaisons approfondies des résultats de simulation avec les valeurs mesurées par les jauges de contrainte (DMS), est d'une importance capitale. C'est pourquoi une comparaison avec des systèmes de mesure optiques est maintenant souvent utilisée comme troisième instrument. 

Étant donné que l'analyse globale représente la vérification adéquate pour l'approbation, les exigences en matière de documentation et de cohérence sont également élevées. Par exemple, même des décennies plus tard, il doit être possible de reproduire, sans aucun doute, quelles données géométriques dans quelles conditions de charge (en utilisant d'autres données telles que les propriétés des matériaux, les propriétés des surfaces, etc.) ont conduit aux résultats présentés. La simulation enregistre tout cela de façon précise et transparente.

Les résultats calculés sont également confirmés dans des essais de prototypes pour des projets de trains d'atterrissage avec des cas de charge et des interactions complexes.

Utiliser les avantages de la simulation de manière encore plus large

La simulation avec le logiciel Ansys en liaison avec le support complémentaire de CADFEM (partenaire depuis des décennies) et, surtout, le savoir-faire de ses propres experts permet à Liebherr-Aerospace Lindenberg de déterminer à l'écran des prévisions extrêmement réalistes des charges et des caractéristiques de rupture réelles. Cela s'est avéré très plausible et impressionnant, par exemple, dans plusieurs projets de trains d'atterrissage dans lesquels des cas de charge et des interactions complexes entraient en jeu et dans lesquels les résultats calculés ont été confirmés dans les essais de prototypes.

L'équipe Liebherr parvient même à se passer de tout essai de prototype lorsqu'il s'agit d'approuver des dérivés de trains d'atterrissage existants. Des modèles d'analyse corrélés sont utilisés comme base, qui ont pu être développés et optimisés par des simulations en deux étapes, de telle sorte qu'une augmentation de la charge d'environ 20% a pu être obtenue.

Comme tous les outils de simulation utilisés ont été intégrés dans un environnement de travail uniforme, les délais d'exécution des simulations ont également été réduits de plusieurs facteurs, ce qui a eu un effet positif supplémentaire sur l'efficacité des processus de développement.

Comme tous les outils de simulation utilisés ont été intégrés dans un environnement de travail uniforme, les délais d'exécution des simulations ont également été réduits de plusieurs facteurs, ce qui a eu un effet positif supplémentaire sur l'efficacité des processus de développement.

La démocratisation de la simulation est la prochaine étape

Outre l'application décrite de la simulation Ansys dans le contexte de la vérification des composants et des produits en corrélation avec des essais réels, la simulation chez Liebherr-Aerospace jouera un rôle complètement différent : les fabricants de Lindenberg parlent de "démocratisation de la simulation".

De quoi s'agit-il ? De nouveaux outils de simulation intuitifs sont en plein essor, qui ne prétendent pas vérifier les moindres détails comme les outils classiques, mais adoptent une approche totalement différente. Les concepteurs eux-mêmes devraient les utiliser afin de se "plonger" dans leurs modèles, d'identifier les tendances, de comparer rapidement et objectivement différentes variantes, d'essayer des idées et en définitive, de mieux comprendre le composant numériquement.

Conseil vidéo sur le thème de la démocratisation de la simulation
24:16 min"Culture et processus pour une simulation durable" - expériences et évaluations par Dr. Ulrich Kaiser, Endress + Hauser Group

Non seulement Liebherr et Endress + Hauser ont fait avancé la démocratisation de la simulation. Le Dr Ulrich Kaiser en est en grande partie responsable. Il a décrit lors de la Conférence sur la simulation 2021 ce qui est important et ce qui a été réalisé.

Applications au-delà de la mécanique des structures

L'objectif des responsables de Liebherr-Aerospace est de faire de la simulation la principale méthode de vérification dans tous les domaines physiques et d'utiliser exclusivement des essais pour valider les modèles. Un exemple c’est l'analyse des flux, qui est introduite dans l'entreprise afin de déterminer plus précisément, en amont, les propriétés dynamiques des trains d'atterrissage et, surtout, de les optimiser. 

Cela se fait encore par un grand nombre d'essais de prototypes, qui sont ensuite également remplacés successivement par des simulations de qualité égale, mais avec des dépenses de temps, de matériel et de coûts nettement inférieures. Dans ce domaine également, les essais réels ne servent qu'à valider les simulations préalables.

Holger Frey : "En plus des produits Ansys de base, nous utilisons le système logiciel nCode pour la prédiction de la durée de vie et Dante pour la simulation des processus de traitement thermique. Dans les deux cas, nous bénéficions de l'intégration étroite et de l'échange de données avec Ansys."

Ansys Discovery, autant utile pour les ventes et que le service clientèle

“Nous formons les ingénieurs à la CAO et à la CAE. L'interface intuitive de Discovery et ses feedbacks en temps réel nous aident à enthousiasmer encore plus de collègues pour la simulation.” affirme Holger Frey.

D'autres opportunités au-delà de la R&D ont été identifiées - à savoir dans les ventes techniques et le service à la clientèle. La communication avec les clients est considérablement facilitée lorsque les faits physiques sont non seulement expliqués et illustrés, mais en plus clarifiés par les images en mouvement des processus physiques.

Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH
www.liebherr.com

Auteur: Alexander Kunz, CADFEM
Images: © Liebherr
Publié : Juin 2022

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