La première édition de la conférence FEMLAB/COMSOL 2005 qui s’est tenue à Paris le 15 novembre dernier a été d’un grand intérêt. La qualité des intervenants tout comme celle des quelques 150 utilisateurs présents a permis de fructueux échanges et la démonstration de la validation industrielle d’avancées logicielles très récentes, contenues dans le tout nouveau progiciel Comsol Multiphysics 3.2.

Femlab et Comsol
Comsol AB, en Suède, est la maison-mère, responsable de l’édition de la série des logiciels Femlab, renommés et regroupés sous l’appellation de Comsol Multiphysics. La famille des produits proposés par Comsol se compose donc d’une suite logicielle avec un module d’import CAO, COMSOL Script comme environnement de programmation et COMSOL Multiphysics en module de modélisation et de simulation proprement dit. Ce changement de nom correspond à la stratégie affichée par le groupe d’aller au-delà de la seule simulation numérique avec du traitement de données et de l’analyse multi-physique. Une synchronisation directe avec SOLIDWORKS autorise un couplage immédiat entre la simulation et la conception. Le module d’import est basé sur le noyau géométrique PARASOLID et supporte donc les formats de fichiers STEP et IGES. Bien entendu, les formats de type CATIA, Pro-ENGINEER, et VDA-FS sont reconnus (Fig. 1).

Fig. 1 - Cette valve est importée directement dans Femlab depuis Solidworks.

Les nouveautés 2005
Déformer, modifier une géométrie dans COMSOL Multiphysics et en étudier les conséquences, s'implémente directement avec le nouveau mode de maillage mobile. Pour analyser, par exemple, la déformation d'une barrière flexible dans l'écoulement d'un liquide ou le mouvement d'un fluide dans un réservoir en mouvement. D'autres applications concernées sont les dispositifs piézo-électriques, les MEMS et la microfluidique.

Au chapitre des nouveautés, des modes d'applications multiphysiques prédéfinies simplifient la tâche de l'utilisateur dans la construction des modèles incluant les couplages fluide-thermique, électro-thermique, mécanique-thermique et fluide-réactions chimiques. COMSOL Multiphysics indique aussi le système d'unités utilisé dans les principales fenêtres de dialogues, les données d'entrée et de post-traitement. Par exemple le SI, le CGS, le MPa. Ceci élimine les confusions dans la définition des valeurs des paramètres.

Côté solveur, les nouvelles techniques multigrille autorisent la résolution plus rapide de modèles encore plus grands, jusqu'à 10 fois plus rapides, pour des écoulements de fluide décrit par les équations de Navier-Stokes. Grâce à une gestion optimisée de la mémoire, les résolutions temporelles prennent désormais le même espace que les résolutions stationnaires.

Fig. 2 - Voici la maquette virtuelle d’une version de creuset froid avec le principe de circulation des champs magnétiques.

Les enjeux et les domaines d’applications
La simulation est devenue incontournable dans la chaîne de conception d’un produit et elle doit - ou devrait - intervenir de plus en plus en amont. Encore faut-il que les résultats réels soient suffisamment corrélés avec les calculs pour pouvoir basculer progressivement aux essais virtuels de maquettes numériques avec une fiabilité reconnue. L’économie et les gains de temps seront, et le sont déjà dans bien des applications, déterminants et considérables. Parmi les modules optionnels, les plus aboutis sont ceux concernant le Génie Chimique, les Sciences de la Terre, l’Electromagnétisme, les Transferts de Chaleur, les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) et la Mécanique des Structures.

Fig. 3 - Cette vue représente la modélisation complète du système du point de vue des flux magnétiques et thermiques. Dans la pratique, chaque élément peut être vu isolément.

Le fait de pouvoir intervenir sur chaque paramètre afin d’optimiser le résultat fait économiser bien des essais et des mesures, de toutes façons délicates. Outre l’intérêt économique de pouvoir modéliser tous ces phénomènes, certaines applications sont aussi d’un esthétisme rare.

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Application : le creuset froid
Le principe du creuset froid est basé sur l’échauffement d’un matériau conducteur par induction avec mise en lévitation électromagnétique. Le tour de force consiste à modéliser finement et surtout fidèlement un procédé finalement assez ancien mais aux applications industrielles de métallurgie fine très actuelles. Rappelons que ce type de creuset permet d’atteindre de 3 500°C pour les alliages métalliques à 10 000°C avec des torches à plasma pour les poudres. L’intérêt de modéliser avec Femlab ce type de creuset est de déterminer quel entrefer sera le meilleur et si le refroidissement des lames de cuivre sera suffisant. La fabrication des rubis industriels, des prothèses en  titane ou des disques de silicium se fait de cette façon, parfois en coulée continue.