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Style et finesse, qualité et sécurité dans le développement

Avec le calcul FEM, chaque essai est un succès

Chez Breyton, l'expérience de conduite est au cœur du développement des jantes. Pour le fondateur de l'entreprise, Edmund Breyton, la conception attractive et les normes de qualité élevées sont la clé du succès. Afin de garantir cet aspect à l'avenir, Breyton s'efforce constamment de repousser les limites physiques et techniques, entre autres par le biais de calculs FEM avec Ansys.

Pour les jantes en alliage léger de haute qualité, un poids minimal est essentiel pour obtenir d'excellentes caractéristiques de conduite et surtout une conduite à vitesse élevée. C'est pourquoi les roues Breyton sont parmi les plus légères au monde. Une résistance optimale, basée sur des calculs FEM (Finite Element Method), garantit la sécurité et le confort, tandis que le bon équilibre entre élasticité et rigidité favorise les performances sans renoncer au confort. Lorsque cela est combiné à un design attrayant mais propre, on comprend pourquoi les jantes Breyton sont si attrayantes.

Prédire les propriétés futures

Chaque jante est développée selon les spécifications et les normes TÜV et finalement testée selon les directives TÜV. C'est pourquoi Breyton a reproduit les bancs d'essai du TÜV avec le logiciel Ansys il y a plus de 20 ans, afin de pouvoir réaliser le plus tôt possible tous les essais de jante nécessaires sous forme numérique grâce aux simulations FEM. Résultat, les spécialistes des jantes sont désormais en mesure de prédire les caractéristiques et les propriétés futures de leurs produits avec une grande précision, ainsi que d'identifier clairement et de rectifier les difficultés potentielles avant qu'elles ne se produisent.

Au départ, il n'était pas courant que d'autres entreprises du secteur s'appuient sur les calculs FEM pour le développement des jantes. Mais au cours des dix dernières années, l'utilisation des logiciels FEM s'est progressivement généralisée. Edmund Breyton, cependant, considère que son entreprise est encore en avance sur ce sujet. D'autres fournisseurs de jantes, tels que ABT et HOFELE, sont également de cet avis et confient donc à Breyton le développement et le calcul de nouvelles jantes en alliage léger, qu'ils lancent ensuite sur le marché sous leur propre nom. Le développement de Breyton a été renforcé il y a quelques années par le mathématicien Jan Weber, ce qui a permis d'élargir encore les bases et les méthodes de la simulation afin d'aligner encore plus les calculs avec la réalité.

"Depuis lors, nous pouvons affirmer que chaque essai est un succès, car chaque conception testée à l'aide des simulations passe sans problème les tests du TÜV", souligne Edmund Breyton, non sans fierté. Le mathématicien Jan Weber ajoute : "Toutefois, il faut savoir ce que l'on fait. Cela commence par la construction du modèle de simulation, se poursuit par la détermination des conditions limites correctes et concerne bien sûr aussi l'interprétation des résultats des calculs et les conclusions qui en sont tirées." Pour répondre de manière fiable à ces exigences, il faut beaucoup d'expérience en matière de simulation et de connaissance du secteur. Jan Weber et Edmund Breyton se complètent donc idéalement.

L'essai de circulation en flexion du TÜV est décisif

Le TÜV effectue notamment un essai de roulement pour vérifier les forces agissant sur le pneu et la roue sur un tronçon de route droit. Un autre essai de choc simule un impact latéral sur la jante, comme cela se produit lorsque le véhicule heurte un trottoir à une vitesse trop élevée. L'essai de flexion est de loin le test le plus important du TÜV pour la sécurité des jantes en alliage léger. Il simule les forces ou les changements de charge qui se produisent sur la jante pendant les virages et les contraintes à long terme qui en résultent. Pour ce faire, le rebord intérieur de la jante est fixé fermement à une table d'essai à l'aide d'un anneau de serrage et la jante est soumise à un moment de rotation sur la surface de contact de la roue de manière répétée et pendant une longue période.

"Lorsque nous simulons l'essai de rotation par flexion, nous devons réfléchir très soigneusement à la manière dont nous appliquons les forces et le moment", explique Jan Weber. "Par exemple, nous pouvons choisir n'importe quelle orientation de l'angle de charge vers les rayons individuels de la jante. Doit-il être directement à la jonction d'un rayon dans le fond de la jante ou plutôt entre deux rayons, ce qui conduit à des résultats fondamentalement différents." L'expérience passée a montré la meilleure façon de soulager les zones fortement sollicitées. Comme l'énergie fournie doit être dissipée par la jante, elle doit être répartie au mieux sur toute la géométrie. Par exemple, en rendant plus douces certaines zones non problématiques. Afin de pouvoir localiser avec suffisamment de précision les zones les plus sollicitées, le maillage doit être généré de manière suffisamment fine. Comme il n'est pas possible de prévoir où les pics de contrainte se produiront, le maillage doit être aussi fin que possible partout pour que les pics de contrainte deviennent visibles. "Nous calculons d'abord avec un réseau un peu plus grossier, généralement avec plus de 200 000 nœuds, pour obtenir un premier aperçu", rapporte Jan Weber. "Ensuite, nous affinons parfois le réseau jusqu'à cinq millions de nœuds afin d'être également en mesure d'évaluer les détails importants avec précision. Bien entendu, nous considérons ensuite les résultats calculés pour différents angles d'attaque et un certain nombre de cas de charge dans chaque cas, ce qui entraîne des temps de calcul plus longs."

Les conditions de fabrication doivent toujours rester en vue

Les zones critiques se situent souvent là où le rayon se fond dans le lit de la jante. Mais selon la conception, les pics de contrainte se produisent également à des endroits complètement différents, ce qui n'est pas toujours prévisible mais peut bien sûr être influencé. Lors de la conception des jantes, il faut toujours garder à l'esprit les conditions de fabrication, car même des rayons relativement fins doivent pouvoir être fabriqués en toute sécurité lors du processus de moulage. En outre, la résistance dépend du temps de solidification pendant la coulée. Si l'on n'en tient pas compte, des trous non visibles de l'extérieur peuvent se former. Ceux-ci réduisent la résistance et peuvent influencer négativement les tests du TÜV.

Edmund Breyton est également confronté à des défis similaires lorsqu'il s'agit des données sur les matériaux des jantes provenant des différents fournisseurs. Celles-ci varient en fonction des procédés de moulage et des techniques de fabrication utilisés. Ce fait doit être pris en compte dans la courbe de Wöhler, qui représente le nombre de cycles de charge jusqu'à la rupture d'un matériau. Afin de maintenir une certaine marge, les calculs sont donc plus conservateurs qu'avec les données idéales du matériau.

Les simulations nous mènent droit au but

Dans la phase de développement d'un nouveau design de jante, de nombreux calculs sont nécessaires car la jante ne doit pas être produite uniquement dans une seule taille et une seule largeur. Souvent, plus d'une douzaine de versions du produit sont prévues, qui doivent toutes être calculées, car le comportement change à chaque modification. Pour un développement de base, qui est ensuite réalisé dans les dimensions paramétriques spécifiées, il faut souvent encore procéder à de petits ajustements manuels, qui sont dus aux caractéristiques de la conception.

En conclusion, le fondateur de l'entreprise, Edmund Breyton, souligne : "Nous sommes un fabricant de niche avec des quantités relativement faibles. Par conséquent, les coûts de production des outils et de la MdT peuvent représenter ensemble jusqu'à 30 % des coûts de fabrication. C'est pourquoi nous ne pouvons pas passer beaucoup de temps à essayer des choses, mais nous devons suivre rigoureusement le chemin que nous avons choisi, qui nous mène en toute sécurité à notre objectif avec des simulations. En effet, le logiciel FEM permet de reconnaître et d'utiliser encore et encore les possibilités d'amélioration non seulement fondamentales, mais aussi inattendues. Ces conditions limites soulignent l'importance de la simulation pour notre modèle économique, qui ne serait pas rentable sans la simulation. Néanmoins, le logiciel FEM n'est qu'un outil qui nous permet de mener à bien notre quête de qualité en matière de matériaux, de conception et de fonctionnalité."

bd breyton design GmbH
Edmund Breyton
www.breyton.com

 

Autheur: Gerhard Friederici, CADFEM
Images: bd breyton design GmbH

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Directeur commercial Stuttgart

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