Pionnier de la FEM dans le domaine de l'ingénierie automobile
À la fin des années 1950, chez Daimler-Benz, le développement de la FEM (méthode des éléments finis) a commencé dans une chambre tranquille. Cela a marqué le début d'une ère passionnante qui mérite encore d'être soulignée après plus de 60 ans. Les idées du Dr Alfred Zimmer ont révolutionné la conception chez Daimler-Benz.
Les entreprises ne savaient pas quoi faire avec les ordinateurs
Le Dr Alfred Zimmer a été un pionnier et un précurseur de l'utilisation de la FEM dans le développement automobile. Il est également devenu une source d'idées pour de nombreuses autres industries : Le génie civil et structurel, la construction de ponts, la construction de grues, la construction navale, la construction métallique et la médecine, pour n'en citer que quelques-unes. Au début des années 1960, seule l'industrie aérospatiale utilisait déjà les méthodes de calcul FEM.
À cette époque, le travail se faisait encore dans les usines le samedi matin. IBM, par exemple, a choisi le samedi après-midi pour offrir des cours de formation initiale aux passionnés d'informatique à Sindelfingen (petit immeuble de grande hauteur), financés par le syndicat. Là, les élèves volontaires avaient à leur disposition les premiers ordinateurs centraux IBM 650.
À l'époque, les grandes entreprises n'étaient que peu intéressées par ce type de formation continue pour leurs employés. Au début, elles ne savaient pas quoi faire avec un ordinateur. Chez Daimler-Benz, le Dr Zimmer a été clairement informé : "Après tout, nous construisons des voitures, pas des ordinateurs". Ils pensaient également que "quatre grands ordinateurs" pourraient couvrir les besoins de l'industrie en Allemagne pendant une période plus longue. Comme ils avaient tort !
À l'époque, l'utilisation de matériel informatique électronique était réservée aux grands instituts de recherche des universités. Dont le niveau de performance a été démontré en 1965 par l'Institut de l'aérospatiale (Prof. Argyris) de l'Université technologique de Stuttgart. À cette époque, l'ingénieur en calcul Dr. Alfred Zimmer, qui avait étudié le génie civil, a commencé à programmer un logiciel de calcul pour les cadres spatiaux. Il l'a appelé, RB (Rahmen-Berechnung), dans le cadre du développement préliminaire de voitures particulières chez Daimler-Benz (K1V) à Stuttgart. Chez Daimler-Benz, le premier ordinateur scientifique technique, l'IBM 650, venait d'être remplacé par son successeur, l'IBM 1620.
Mémoire principale d'une fabuleuse capacité de 6 kilo-octets
Ce nouvel outil - un système entièrement transistorisé avec une étonnante mémoire principale de 6 Ko, programmable en assembleur - fonctionnait avec un lecteur-perforateur de cartes et une tabulatrice. Le programme RB a passé son baptême du feu à deux reprises. Le premier a été dans le calcul du plancher du châssis de la W 100 (la légendaire Mercedes-Benz 600, construite entre 1964 et 1981). Pour la première fois, après dix heures de calcul, les résultats des mesures ont été confirmés avec une telle précision que le service d'essai qui avait effectué les mesures a supposé que les données avaient été volées. Le deuxième test pratique important a été le voyage de la reine d'Angleterre Elizabeth II avec son mari le prince Philippe lors d'une visite d'État à Munich en 1966 dans le nouvel autocar d'État W 100, le Pullman-Landaulet 600, qui avait été simulé avec le nouveau programme RB.
À partir de 1963, les premières simulations de pièces ont été réalisées avec des modèles mixtes d'éléments poutres et coques. Il s'agissait de l'Auto-Union F 102 et, peu après, de la première Audi 100, à une époque où Auto-Union faisait encore partie de Daimler-Benz. Afin d'obtenir des valeurs plus comparatives par des mesures et des simulations, un recalcul de la voiture de sport W 113 "Mercedes-Benz 230 SL" a été effectué. En particulier, la méthode d'optimisation de la rigidité du poids selon la méthode de travail du changement de forme, qui est encore utilisée aujourd'hui, a été testée et très vite appliquée avec succès. Le premier autobus a également été simulé selon cette méthode.
Modèle de châssis avec 319 nœuds et 443 éléments
Le Dr Zimmer et six autres programmeurs ont développé le programme FORTRAN ESEM (Elasto-Static Element Method) pour l'ordinateur IBM 360. ESEM a eu sa première application importante en 1967 avec le développement du W 115 (MB 200-240 D). Son modèle de châssis - simulé sur une demi-voiture en raison de la réduction du temps de calcul - comptait 319 nœuds, 443 éléments et 1 684 degrés de liberté. Le toit entier était composé de six éléments carrés et quatre éléments triangulaires. Cependant, l'utilisation du logiciel n'a commencé qu'un an environ avant le début de la production en série, lorsque des difficultés sont apparues dans le service d'essai de ce véhicule.
À l'automne 1969, le département de calcul du Dr Alfred Zimmer a été chargé de simuler la carrosserie de la voiture de sport Wankel C 111 pendant le processus de développement. Entre-temps, aucun dessin n'était disponible au départ, seules les instructions du conseil d'administration étaient prises en compte : "avec portes papillon, arceau de sécurité, entraînement par un moteur Wankel à trois ou quatre roues comme moteur central derrière le conducteur, réservoirs dans les bas de caisse extérieurs". Sur cette base, l'essieu et l'empattement avec la hauteur du véhicule ont été déterminés par les responsables. Ensuite, les simulations pour la conception et la construction, y compris la technologie prévue, ont commencé. Il n'a fallu que six mois pour achever le prototype du C 111.
La ZDF rend compte de cette approche novatrice
Cette approche novatrice s'est accompagnée d'un film réalisé par le service de publicité d'IBM. Le Dr Zimmer a été invité au studio de télévision de la ZDF à Mayence pour présenter sa méthode aux autres protagonistes. Avec ce film "The car that came out of the computer", qui a été doublé en anglais et en espagnol, IBM voulait stimuler les ventes de ses ordinateurs.
IBM a montré le film aux directeurs automobiles américains avec le succès que cela a eu, ce qui a très vite fait que la FEM est devenue l'outil standard des constructeurs automobiles. Pendant cette période, les tournées de conférences du Dr Zimmer en Angleterre, en Scandinavie et aux États-Unis sont devenues plus fréquentes. Au début des années 70, le Dr Zimmer, en tant que chef du département de calcul du département de pré-développement automobile, comptait une trentaine d'employés qui, outre l'ESEM, utilisaient déjà les logiciels standard FEM tels que ASKA, NASTRAN et le système successeur TPS10, issu de l'équipe de développement de l'ESEM. Avec les idées du Dr Zimmer, l'utilisation systématique de la méthode des éléments finis dans le développement des véhicules a commencé à l'échelle mondiale.
Ceci est une version abrégée d'un article de Klaus Zimmer, fils d'Alfred Zimmer
La version longue de l'article et de plus amples informations sont disponibles sur sa page d'accueil : www.fem-dtm.com Le film qui y est disponible vaut particulièrement la peine d'être vu ; il a également été présenté à Cannes et y a remporté le premier prix dans la catégorie "Film industriel". Lors de la réunion des utilisateurs CADFEM 2008, Peter Groth, un collègue d'Alfred Zimmer, a fait une présentation sur le développement de la voiture de sport C111 avec le programme de simulation ESEM.
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