10 caractéristiques d'Abaqus pour l'ingénierie structurelle

Abaqus contient une vaste bibliothèque d’éléments qui peuvent modéliser pratiquement n’importe quelle géométrie. Il possède une liste tout aussi complète de modèles de matériaux capables de simuler le comportement de la plupart des matériaux d’ingénierie typiques, notamment les métaux, le caoutchouc, les polymères, les composites, le béton armé, les mousses déformables et résilientes et les matériaux géotechniques tels que les sols et les roches.  

Conçu comme un outil de simulation à usage général, Abaqus peut être utilisé pour étudier plus que de simples problèmes structurels (contrainte/déplacement). Il peut simuler des problèmes dans des domaines aussi divers que le transfert de chaleur, la diffusion de masse, la gestion thermique des composants électriques (analyses thermoélectriques couplées), l’acoustique, la mécanique des sols (analyses couplées fluide-contrainte interstitielle), l’analyse piézoélectrique, l’analyse électromagnétique et la dynamique des fluides. 

Abaqus offre une large gamme de fonctionnalités pour la simulation d’applications linéaires et non linéaires. En faire une liste exhaustive ou un classement n’aurait pas de sens hors contexte d’utilisation. Mais dans cet article nous avons sélectionné les dix caractéristiques essentielles qui font d’Abaqus un logiciel de premier choix. 

1. Un environnement intégré

Abaqus se compose de deux produits d’analyse principaux (appelés aussi solveurs) : Abaqus/Standard et Abaqus/Explicit. Plusieurs options d’analyse complémentaires sont disponibles pour étendre davantage les capacités d’Abaqus/Standard et Abaqus/Explicit.  

2. Une documentation complète et un support de qualité

La documentation d’Abaqus est vaste et complète. Certains disent même qu’il s’agit de la documentation logicielle la plus complète qui soit.

Accessible librement en ligne, elle propose aux novices comme aux spécialistes une aide précieuse sur l’utilisation des nombreuses fonctionnalités. Elle contient aussi un manuel d’exemples, un manuel théorique, un manuel de vérification, un manuel sur toutes les nouveautés par version, un manuel sur les mots clés (keyword), etc.

Vous y trouverez également un didacticiel d’auto-formation “Premiers pas avec Abaqus”, conçu pour aider les nouveaux utilisateurs à se familiariser avec l’utilisation d’Abaqus/CAE pour créer des modèles. Ce guide contient un certain nombre d’exemples complets qui fournissent des directives pratiques pour effectuer des analyses structurelles avec Abaqus.

À l’ère du numérique, les ressources d’apprentissage sont désormais disponibles en ligne. Une communauté d’utilisateurs SIMULIA a été créée en 2012 et regroupe un vivier d’informations. Vous pouvez y accéder librement à l’adresse suivante: https://go.3ds.com/simc . En plus de contenus techniques, la communauté SIMULIA est une véritable place d’échange entre utilisateurs, où chaque jour des questions et réponses sont publiées.

Et parce qu’il existe de nombreux témoignages clients, des innombrables publications de recherche, des tutoriaux vidéo à toutes les sauces, Abaqus bénéficie de sa popularité et vous n’aurez aucun mal à trouver un exemple de ce que vous souhaitez réaliser.

3. Des modèles de matériaux très variés

Abaqus est bien connu pour être capable de travailler avec une vaste bibliothèque de modèles de matériaux, y compris les métaux, les plastiques, les caoutchoucs, les mousses, les composites, les sols granulaires, les roches et le béton ordinaire et armé.

Tous les problèmes ne sont pas constitués uniquement de matériaux isotropes linéaires. Abaqus jouit d’une bonne réputation pour les métaux, les caoutchoucs et les composites. Avec cela, les propriétés élastiques et plastiques peuvent être attribuées aux matériaux isotropes ou anisotropes. Elles peuvent également dépendre de la vitesse et de la température. Pour une modélisation plus spécifique dans certaines industries, des modèles de matériaux de sol et de roche ont été développés ainsi que des modèles de béton et de céramique. Enfin, de nombreuses propriétés d’endommagement et de défaillance peuvent être implémentées dans la définition du matériau pour déterminer la fissuration et la défaillance du matériau. Comme on le voit sur les images.

Abaqus/CAE vous permet de calibrer un modèle de matériau à partir de données de test. Grâce à cette fonctionnalité, vous pouvez importer des données de test de matériaux dans Abaqus/CAE, traiter les données et dériver des comportements de matériaux isotropes élastiques et plastiques à partir des données. Cette fonctionnalité est décrite plus en détail dans Création de calibrages de matériaux.

4. Un large choix de formulation d’éléments finis

5. La gestion du contact

De nombreux problèmes d’ingénierie impliquent un contact entre deux composants ou plus. Dans ces problèmes, une force normale aux surfaces en contact agit sur les deux corps lorsqu’ils se touchent. S’il y a frottement entre les surfaces, des forces de cisaillement peuvent être créées qui résistent au mouvement tangentiel (glissement) des corps. L’objectif général des simulations de contact est d’identifier les zones sur les surfaces qui sont en contact et de calculer les pressions de contact générées.

Dans une analyse par éléments finis, les conditions de contact sont une classe spéciale de contraintes discontinues, permettant aux forces d’être transmises d’une partie du modèle à une autre. La contrainte est discontinue car elle n’est appliquée que lorsque les deux surfaces sont en contact. Lorsque les deux surfaces se séparent, aucune contrainte n’est appliquée. L’analyse doit pouvoir détecter quand deux surfaces sont en contact et appliquer les contraintes de contact en conséquence. De même, l’analyse doit pouvoir détecter le moment où deux surfaces se séparent et supprimer les contraintes de contact.

Le contact est une non-linéarité que les deux solveurs Abaqus/Standard et Abaqus/Explicit gèrent facilement. De nombreuses années de formulation et de développement ont rendu le contact au sein d’Abaqus très robuste et précis. Le contact général est facile à mettre en place en quelques étapes simples. Cela permet aux grands modèles d’assemblage d’avoir des définitions de contact affectées sans créer le contact une pièce à la fois.

6. La résolution des problèmes non-linéaires

Les sources de non-linéarité dans les simulations de mécanique des structures sont la non-linéarité matérielle, la non-linéarité aux limites (contact) et la non-linéarité géométrique.

Abaqus est depuis longtemps le leader technologique en analyse par éléments finis et offre la capacité d’analyse la plus sophistiquée disponible.

Dans Abaqus/Standard, les problèmes non linéaires sont résolus de manière itérative en utilisant la méthode Newton-Raphson. Un problème non linéaire nécessitera plusieurs fois les ressources informatiques requises par un problème linéaire.

Abaqus/Explicit n’a pas besoin d’itérer pour obtenir une solution ; cependant, le coût de calcul peut être affecté par des réductions de l’incrément de temps stable dues à de grands changements de géométrie.

Les solveurs hautes performances d’Abaqus facilitent également la simulation réaliste en permettant la résolution rapide de modèles très complexes. Abaqus peut utiliser des clusters de calcul – un modèle complexe comprenant plusieurs millions de degrés de liberté est résolu en seulement 4 heures en utilisant 128 cœurs, contre plus de 3 jours si seulement 4 cœurs sont utilisés.

7. L’ouverture à ses propres lois physiques grâce aux sous-routines

Les sous-routines utilisateur Abaqus (encore appelées subroutines) permettent de personnaliser le programme pour des applications particulières qui ne sont pas disponibles via les fonctions principales. Par exemple, si vous devez modéliser une relation contrainte-déformation non linéaire définie par l’utilisateur, qui est non fournie par Abaqus, la sous-routine utilisateur UMAT vous permettra de définir le modèle de matériau personnalisé exactement pour votre problème. Le code, écrit en langage Fortran, requiert des connaissances de base en programmation.

Il existe des sous-routines pour différentes applications: pour déplacer une charge ponctuelle sur une surface au cours du calcul, pour définir un coefficient de frottement dépendant de plusieurs paramètres physiques, etc.

Le monde de la Recherche est très demandeur de ce genre de fonctionnalités. Ce qui fait qu’Abaqus est très populaire auprès des instituts d’enseignement et de recherche.

8. L’automatisation grâce au scripting

Lorsque nous utilisons Abaqus/CAE, toutes les commandes faites dans l’interface graphique sont enregistrées dans un fichier au langage Python. Ce fichier peut être exploité pour pouvoir automatiser des tâches répétitives.

9. Le couplage multi-physique

L’Interaction Fluide Structure (ou FSI, Fluid Structure Interaction en anglais) est un type d’analyse multiphysique qui est capable par Abaqus. Le fluide peut être représenté par un domaine eulérien. Un exemple de couplage est le ballotement dans une citerne par exemple. L’accélération de la citerne provoque un mouvement de fluide, qui par inertie va impacter la structure mécanique et donc faire subir des contraintes et déformations.

 

Cette technique est appelée la méthode CEL, Coupled Eulerian Lagrangian.

10. Une scalabilité pour des durées de calcul réduites

Scalabilité? Quesaco? Le terme scalabilité, ou extensibilité, est employé pour parler de la capacité d’un programme informatique à s’adapter à un changement d’ordre de grandeur. Concrètement, exécuter une simulation d’un modèle éléments finis contenant 100 000 degrés de liberté ou 10 millions n’aura pas la même durée.

Abaqus a été codé pour pouvoir paralléliser le calcul sur plusieurs processeurs d’une machine. Plus un modèle contient un nombre important de degrés de liberté, plus son exécution en parallèle est nécessaire pour réduire le temps calcul.

Sur la site internet de Dassault Systèmes, vous trouverez une page montrant les performances d’Abaqus sur plusieurs modèles, en fonction de la puissance de calcul (les processeurs) allouée: Performance Data (3ds.com)

Toutefois il n’est pas nécessaire de disposer d’un ordinateur très puissant pour pouvoir utiliser Abaqus. Un minimum de 1 Gb de mémoire RAM est requis.

Un exemple de configuration Hardware est donné à titre indicatif: Test Configurations for Abaqus 2021 (3ds.com)