COMSOL Day Paris

COMSOL Multiphysics^® est utilisé dans de nombreux secteurs industriels et domaines de recherche pour étudier et concevoir des systèmes impliquant différents phénomènes physiques et leurs couplages éventuels. En permettant d'évaluer les performances d'un dispositif ou d'un procédé et de tester différents designs ou conditions opératoires par prototypage virtuel - avant la fabrication d'un prototype physique - la simulation contribue à la réduction des coûts et des délais de développement.

Parmi les applications typiques du logiciel, nous pouvons citer le calcul des contraintes dans les matériaux et le dimensionnement vibratoire des composants mécaniques, l'analyse du comportement thermomécanique des structures, la modélisation des écoulements et du transfert de chaleur dans les équipements et les procédés, ou encore l'étude des phénomènes électromagnétiques, acoustiques et chimiques.

Les modèles de simulation élaborés avec le Constructeur de modèles de COMSOL Multiphysics^® peuvent être déployés sous forme d'applications de simulation à l'aide du Constructeur d'applications et de COMSOL Compiler™, offrant des interfaces utilisateur spécialisées qui rendent la simulation accessible à un plus large public.

Cette session donnera une vue d'ensemble de COMSOL Multiphysics^® et présentera des exemples d'applications issus de différents domaines de l'ingénierie. Un aperçu des principales nouveautés de la version 6.4 du logiciel sera également proposé.

Alexis Hurdebourcq, CETIM

Le Cetim (Centre Technique des Industries Mécaniques) utilise le logiciel COMSOL pour réaliser des simulations numériques en acoustique et mécanique. Ces modules ont notamment été utilisés pour un projet d’amélioration de l’absorption en cabine de tracteur en basses fréquences. L’objectif est de réduire le niveau sonore aux oreilles du conducteur. Le projet a commencé avec la construction du modèle numérique et son implantation dans COMSOL. S’en est suivi un recalage numérique avec des corrélations aux essais, notamment pour les modes acoustiques de cabine et l’absorption des surfaces internes. Une fois ce recalage effectué, des sources ont été appliquées en dehors de la cabine pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu. Des études paramétriques et d’optimisation ont été réalisées sur un prototype de résonateur quart d’onde, choisi comme solution pour l’absorption. Enfin, l’agencement en cabine de ces prototypes optimisés ont été perfectionnés grâce à des formulaires. Finalement, COMSOL aura accompagné le projet dans sa totalité : de la création d’un modèle fiable avec recalage au perfectionnement et la vérification d’une solution donnée.

Sandry Wallon et Valentin Fontaine, IN2P3-CNRS

Le Laboratoire Irène Joliot-Curie (IJCLab), établi sur le campus d'Orsay, gère l'Accélérateur Linéaire et Tandem à Orsay (ALTO), dédié à la production de faisceaux d'ions radioactifs. Ces faisceaux sont produits en utilisant la technique de séparation isotopique en ligne (ISOL), dans laquelle un faisceau d'électrons de haute énergie impacte une cible de carbure d'uranium chauffée jusqu'à 2000°C. Par rayonnement de freinage, les électrons génèrent un flux intense de photons, induisant une photofission des noyaux d'uranium.

Les produits de fission résultant diffusent dans le matériau poreux de la cible, se concentrent dans la ligne de transfert chauffée et atteignent la région d'ionisation, où ils sont ionisés. Les ions sont ensuite extraits par une électrode de 30kV de potentiel mise à la terre, et conduits jusqu'au dispositif expérimental.

Dans cette présentation, Sandry Wallon et Valentin Fontaine montreront des simulations multiphysiques réalisées avec COMSOL^® et basées sur une formulation électro-thermique fortement couplé du chauffage résistif, avec des conditions opératoires d'un courant continu d'environ 700A. La distribution de potentiel électrique est résolue en dérivant la densité de courant et le terme de chauffage par effet Joule associé. Ce terme source est couplé avec l'équation de la chaleur, en prenant aussi en compte la dépendance en température des propriétés des matériaux.

Aux conditions opératoires de température entre 1600 et 2000°C, le transfert de chaleur par rayonnement domine et est modélisé par le rayonnement de surface à surface, avec des hypothèses appropriées d'émissivité. Le transfert de chaleur par conduction dans la structure et les contributions convectives plus limitées sont aussi prises en compte. Une attention particulière est portée aux non-linéarités liées à la résistivité dépendant de la température et aux conditions limites de rayonnement.

Dans son design actuel, le dispositif de production d'ions radioactifs est mis au rebut après 3 semaines de campagne. L'objectif de ces simulations est de préciser un nouveau design d'un four de tantale, optimisé en terme de géométrie, de fonctionnement industriel et de contraintes d'assemblage, de sorte que seuls certains composants du four nécessitent un remplacement entre chaque campagne.

La simulation appliquée à la mécanique des structures permet de prédire les niveaux de déformation et de contrainte dans les matériaux, le comportement vibratoire des pièces et les risques de défaillance avant la construction de prototypes physiques. COMSOL Multiphysics^® et son module Structural Mechanics offrent un environnement de simulation complet et facile à utiliser pour modéliser le comportement mécanique des solides, en intégrant des fonctionnalités dédiées aux coques et aux poutres, au contact avec ou sans frottement, aux grandes déformations ou à la dynamique des structures. Des modules complémentaires enrichissent les capacités du logiciel avec des lois de comportement non-linéaires avancées et des fonctionnalités spécialisées pour les études de fatigue, les matériaux composites et les machines tournantes. Le module Acoustics apporte quant à lui des fonctionnalités dédiées à la modélisation de la propagation du son dans les fluides et dans les solides, et permet notamment de réaliser des simulations en vibroacoustique et en aéroacoustique.

Cette session donnera un aperçu des capacités de COMSOL Multiphysics^® en mécanique et en acoustique, et présentera différentes analyses - linéaires ou non-linéaires - pouvant être menées avec le logiciel, telles que les études stationnaires et transitoires, les analyses modales et les calculs de réponse en fréquence.

Le logiciel COMSOL Multiphysics^® offre un environnement complet pour la modélisation des phénomènes électromagnétiques sur une large plage de longueur d'onde. Les fonctionnalités du logiciel permettent ainsi de simuler les champs à basse fréquence, les interférences et la compatibilité électromagnétiques (EMI/EMC), les dispositifs RF et hyperfréquences, l'optique ondulatoire et géométrique ou encore les phénomènes de décharge électrique.

Le logiciel prend également en charge les couplages entre les champs électromagnétiques et la thermique, la mécanique, les écoulements fluides et les propriétés des matériaux, permettant de mener des analyses multiphysiques haute fidélité de dispositifs électromagnétiques complexes.

Cette session donnera un aperçu des fonctionnalités de COMSOL Multiphysics^® dédiées à l'électromagnétisme et illustrera leur utilisation à travers différents modèles de démonstration.

Le logiciel COMSOL Multiphysics^® est largement utilisé pour étudier les écoulements et les phénomènes thermiques à travers de nombreux dispositifs et procédés. Les fonctionnalités apportées par les modules CFD et Heat Transfer permettent de modéliser des écoulements turbulents, multiphasiques et non newtoniens, et de combiner conduction, convection et rayonnement pour calculer les champs de pression, de vitesse et de température à différentes échelles.

Les capacités multiphysiques du logiciel permettent de modéliser de manière intuitive les couplages entre différents phénomènes, tels que l’interaction fluide-structure, le transfert de chaleur conjugué, les écoulements non-isothermes, les sources de chaleur d’origine électromagnétique et chimique, ou encore la dépendance en température des propriétés des matériaux.

Cette session présentera une vue d’ensemble des fonctionnalités de COMSOL Multiphysics^® pour la modélisation des écoulements et du transfert thermique, avec des exemples d’applications variés traitant entre autres de gestion thermique, d'aérodynamique ou de microfluidique.

COMSOL Multiphysics^® est un outil reconnu pour la modélisation et la simulation de systèmes électrochimiques. Le logiciel intègre des fonctionnalités spécialisées pour la conception de batteries, le dimensionnement de systèmes de protection contre la corrosion, l'électrodéposition, l'électrolyse de l'eau et les piles à combustible. De plus, des interfaces d'électrochimie générales, telles que l'interface Nernst-Planck, offrent la flexibilité nécessaire pour décrire des systèmes présentant des compositions d'électrolytes arbitraires et des cinétiques d'électrodes définies par l'utilisateur.

Cette session offrira un aperçu des fonctionnalités apportées par les modules de COMSOL Multiphysics^® dédiés à l'électrochimie : le module Battery Design, le module Corrosion, le module Electrodeposition, le module Fuel Cell & Electrolyzer et le module Electrochemistry.