Simulation numérique pour système de freinage résistant aux grands froids

Largement utilisés dans l’aéronautique et l’automobile, les outils de simulation permettent des gains de temps et d’efficacité significatifs lors des phases de développement de nouveaux équipements. Dans le cadre d’un projet de R&D financé par la Région Picardie, la Chaire Hydraulique et Mécatronique s’associe à un industriel afin de concevoir un simulateur numérique permettant de développer un nouveau système de freinage résistant aux grands froids.

Simulation numérique pour système de freinage résistant aux grands froids

Parfois la température descend à -50°C... et parfois elle dépasse les +40°C. Dans ces conditions extrêmes de variation de température, élaborer un système de freinage pour un train ou un tramway demande qu'une attention toute particulière soit accordée aux pièces les plus sensibles.

Le bon fonctionnement et la fiabilité de ces équipements pneumatiques dépend largement de la qualité des joints d'étanchéité garantissant une transmission de pression adéquate. Les équipementiers spécialisés dans le transport ferroviaire se montrent particulièrement intéressés par des méthodes de conception nouvelles propres à réduire les coûts et délais de développement et à proposer une gamme de freins spécifiques pour des marchés comme ceux du Canada, de la Russie ou de la Chine.

D'importants intérêts industriels

Le projet SIM-Brake lancé en 2014 dans le cadre des programmes IndustriLAB de la Région Picardie a la double ambition de maîtriser ces composants sensibles aux variations de températures et d'élaborer les méthodes robustes permettant de les développer. " Les chercheurs de l'UTC sont chargés de fournir une représentation fidèle des lois de comportement des différents composants hydraulique et pneumatiques sous forme d'une simulation numérique ", explique Eric Noppe, chercheur au Laboratoire Roberval et animateur de la Chaire Hydraulique et Mécatronique impliquée dans le projet SIM-Brake.

Dans un cadre régional, la société Faiveley Transports située à Amiens ainsi que le Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM) sont partenaires du projet. Le travail est prévu jusqu'en 2016 pour un budget de plus d'un million d'euros, largement piloté par les besoins des industriels du secteur.

Simuler pour accélérer le développement

" Aujourd'hui, cinq ans seraient nécessaires pour développer un système de freinage de train " avance Eric Noppe qui espère diviser ce temps par deux en utilisant des outils de simulation numérique. " Le développement est un cycle long de boucles successives entre la phase de spécification et de développement et celle d'intégration et de validation " explique Eric Noppe. La simulation doit permettre un véritable saut méthodologique, améliorant significativement la maturité du produit lorsqu'il arrive en phase de validation finale. Des prototypes virtuels sont réalisés aux différentes étapes de développement assurant un gain de temps significatif en évitant de nombreux " retours à l'atelier " pour corriger des imperfections.

Des logiciels du commerce paramétrés sur-mesure

Ce type d'outils est aujourd'hui largement utilisé dans l'industrie aéronautique et automobile afin de garantir des systèmes mécaniques les plus performants possibles et faire baisser les coûts et les délais de développement. Ils restent encore peu répandus dans les industries mécaniques, comme le ferroviaire ou le machinisme agricole. Dans le cadre d'un système de freinage, " la modélisation fonctionnelle s'avère complexe à réaliser " souligne Eric Noppe.

Il est en effet nécessaire de modéliser la géométrie, mais aussi, les frottements, la dynamique des écoulements de fluides, ainsi que toutes les perturbations, comme les variations de températures susceptibles de modifier le comportement des pièces. Les outils de simulation utilisés existent dans le commerce mais demandent des paramétrages les plus fins possibles. Ils se basent sur les connaissances théoriques des matériaux et la topologie des pièces, ainsi que sur le savoir-faire des industriels du domaine. Ils sont ensuite corrigés grâce aux retours d'essais élémentaires réalisés pour affiner le modèle.

Il reste à attendre la fin de la conception et le début des essais en 2016 afin de savoir si la simulation a bien débouché sur un système opérationnel ou si elle doit encore s'affiner a partir des retours de la phase de validation. Nul doute que l'expérience acquise pourra alors bénéficier aux différentes industries en demande.