Inventor Nastran calcul de base sur modèles CAO - 21h

Réaliser des études de prédimensionnement statique, vibratoire et thermique à partir de modèles CAO Inventor d'équipements embarqués sur avions et hélicoptères. Le fil conducteur est un boîtier avionique avec ses supports, ses connecteurs et une carte électronique PCB. Les exercices relient les hypothèses de calcul aux contraintes d'intégration mécanique, vibratoire et thermique de l'équipement.

Le format de 21 heures associe les fondamentaux à des applications guidées sur des modèles préparés. La réponse harmonique, la lecture d'une réponse aléatoire et le couplage thermomécanique sont abordés sur des cas simples préparamétrés. Les données d'environnement et les critères d'acceptation sont fournis dans les énoncés.

Jour 1 - Modélisation et étude statique

Matin | 3 h 30

• Situer les fonctions d'Inventor Nastran dans la chaîne de conception d'un équipement pour avion ou hélicoptère.
• Distinguer le calcul statique, l'analyse modale, la réponse forcée et le transfert thermique. Identifier les données d'entrée propres à chaque étude.
• Revoir les hypothèses du calcul linéaire : petites déformations, comportement élastique et maintien cohérent de l'équipement.
• Préparer le boîtier et sa platine dans Inventor : simplifier les détails non influents, conserver les fixations, les congés structuraux et les interfaces.
• Définir les repères, unités, matériaux et masses. Vérifier le centre de gravité et éviter de compter deux fois la masse des composants simplifiés.
• Choisir une représentation volumique ou en coque selon l'épaisseur et le comportement recherché. Vérifier l'épaisseur et l'orientation des coques.
• Distinguer les contraintes d'assemblage CAO des liaisons du modèle de calcul. Justifier les contacts collés et les simplifications des fixations.

TP 1 : préparer un boîtier de calculateur avionique installé sur une platine d'hélicoptère. Livrable : modèle simplifié, bilan de masse et fiche d'hypothèses.

Après-midi | 3 h 30

• Définir les cas d'accélération quasi statique suivant les axes de l'équipement à partir de l'énoncé. Traduire correctement les charges d'inertie et le poids.
• Représenter la liaison du support à la structure et les efforts transmis par les connecteurs ou le câblage lorsqu'ils sont retenus dans le cas étudié.
• Mailler les supports, les pattes de fixation et le boîtier. Affiner les zones de perçages et de raccordement.
• Exécuter le calcul et lire les messages du solveur. Identifier une pièce libre ou un blocage excessif.
• Contrôler les déplacements, les réactions et les contraintes de von Mises dans les pièces métalliques. Comparer aux limites fournies.
• Vérifier l'équilibre des efforts, les ordres de grandeur et l'influence de plusieurs tailles de maillage. Repérer les singularités.
• Comparer une variante de renfort ou d'épaisseur en conservant les mêmes cas de charge et les mêmes indicateurs.

TP 2 : vérifier les supports d'un équipement électronique en baie avionique d'avion sous les accélérations fournies. Livrable : contraintes et déplacements contrôlés, réactions aux fixations et comparaison d'un renfort.

Jour 2 - Étude vibratoire

Matin | Analyse modale | 3 h 30

• Distinguer vibrations libres et forcées. Relier masse, rigidité, fréquence propre et forme modale.
• Créer une analyse Normal Modes et vérifier les matériaux, masses, contacts et conditions de maintien du boîtier.
• Représenter les composants lourds par une masse simplifiée avec une liaison adaptée. Introduire une raideur d'isolateur uniquement lorsque des données sont disponibles.
• Choisir le nombre de modes et la plage d'extraction. Examiner les masses effectives et la participation modale lorsque pertinentes.
• Reconnaître un mode global du support, un mode local du boîtier et un mode de flexion de la carte. Repérer les modes de corps rigide inattendus.
• Comparer les fréquences obtenues aux excitations fournies : rotation et passage des pales d'un hélicoptère, équipements tournants et environnement de baie avionique d'un avion.
• Comprendre que l'amplitude affichée d'une déformée modale est normalisée et ne constitue pas un déplacement réel en service.
• Comparer deux implantations de fixations ou un renfort et apprécier le déplacement des fréquences propres.

TP 3 : analyser les modes d'un boîtier et d'une carte embarqués sur hélicoptère. Livrable : tableau des modes significatifs et comparaison avec les fréquences d'excitation de l'énoncé.

Après-midi | Réponse forcée et lecture PSD | 3 h 30

• Configurer une réponse fréquentielle modale sur un modèle préparé. Appliquer une accélération harmonique imposée aux fixations avec le bon axe et les bonnes unités.
• Définir la bande de fréquence et densifier les points autour des résonances pour éviter de manquer un pic.
• Introduire l'amortissement fourni et observer la sensibilité des amplitudes à cette hypothèse.
• Lire les courbes de déplacement et d'accélération en fonction de la fréquence. Comparer la réponse au support et dans la zone du PCB.
• Identifier les sollicitations locales autour des entretoises, des connecteurs et des composants lourds. Distinguer amplitude de réponse et forme modale.
• Découvrir, par démonstration guidée, la réponse aléatoire à partir d'un spectre PSD fourni. Identifier sa direction, sa bande de fréquence et ses unités, dont g²/Hz pour une accélération.
• Distinguer une densité spectrale, un résultat RMS et une valeur crête. Vérifier les unités affichées et l'échantillonnage du calcul.
• Comparer les variantes avec des excitations identiques et formuler une conclusion sur les zones à améliorer.

TP 4 : comparer la réponse du même équipement à une excitation harmonique, puis exploiter une réponse aléatoire préparée pour une intégration sur avion. Livrable : courbes de réponse et repérage des zones critiques autour du PCB.

Jour 3 - Étude thermique et cas particulier dans la zone PCB

Matin | Transfert de chaleur et couplage | 3 h 30

• Distinguer une étude stationnaire d'un échauffement transitoire. Définir le volume étudié : composants dissipatifs, PCB, entretoises, boîtier et dissipateur.
• Définir la conductivité thermique et les propriétés effectives fournies pour la carte. Distinguer les propriétés thermiques des propriétés mécaniques.
• Représenter la puissance dissipée des composants et vérifier les unités de puissance, flux ou génération volumique selon le chargement choisi.
• Décrire les chemins de conduction et les interfaces entre composants, carte, dissipateur et boîtier. Modéliser les interfaces thermiques simplifiées du TP.
• Appliquer la température ambiante, les températures imposées et les coefficients de convection fournis. La convection est ici une condition d'échange, sans calcul de l'écoulement d'air.
• Mailler les zones de dissipation et les interfaces, lancer l'étude stationnaire, puis contrôler le bilan des puissances entrantes et sortantes.
• Lire les températures maximales, les gradients et les flux. Identifier les points chauds près des composants et comparer aux limites fournies.
• Étudier l'effet d'une modification du dissipateur, d'une interface thermique ou des conditions d'échange.
• Présenter le transfert d'un champ de température vers un calcul mécanique : dilatation, température de référence et déplacements différentiels. Situer les besoins d'une étude transitoire ou de rayonnement.

TP 5 : étudier l'échauffement d'un boîtier électronique avec PCB dissipatif dans une baie aéronautique. Comparer une interface thermique de référence à une variante améliorée, avec les données d'ambiance de l'énoncé.

Résultats attendus du TP

• Carte de température du boîtier, du PCB et des composants simplifiés.
• Identification du point chaud, des gradients et des interfaces limitant l'évacuation thermique.
• Bilan de puissance et comparaison des températures entre les variantes.
• Première lecture d'un déplacement différentiel induit par la température sur une étude préparée.

Points de méthode

• Documenter la source et la plage de validité des propriétés matériaux et des conditions d'échange.
• Revoir le maillage et les associations géométriques après chaque modification du modèle Inventor.
• Distinguer une température calculée dans un composant simplifié d'une température de jonction électronique nécessitant des données adaptées.

Après-midi | Application intégrée et évaluation | 3 h 30

Un calculateur avionique monté dans une baie d'hélicoptère contient une carte PCB, des connecteurs, un composant lourd et une zone dissipative. Le même ensemble est ensuite examiné avec un jeu de données représentatif d'une intégration sur avion. Les modèles et études de départ préparés pendant la formation servent de base à la comparaison.

Données mises à disposition

• Assemblage Inventor du boîtier, de ses supports, de la carte et des entretoises, avec géométrie de départ simplifiée.
• Épaisseur et propriétés effectives du PCB issues d'un jeu de données pédagogique : rigidité, masse volumique, conductivité et dilatation. Orientation des axes matière si le modèle est orthotrope.
• Masses et positions des composants, maintien des connecteurs, surfaces de contact et données d'interface thermique.
• Accélérations, excitation harmonique ou résultats PSD de référence, température ambiante, puissances dissipées et limites à vérifier.

1. Zone PCB : comportement mécanique et vibratoire

• Vérifier l'idéalisation de la carte et la représentation de ses fixations. Conserver sa souplesse et éviter de bloquer arbitrairement toute sa surface.
• Analyser la flexion de la carte près du composant lourd, les déplacements aux connecteurs et les zones autour des entretoises.
• Comparer un déplacement statique à un jeu disponible, puis identifier le mode et la fréquence qui sollicitent le plus la zone étudiée.
• Comparer une configuration de référence à une variante avec un appui supplémentaire ou un déplacement d'entretoise, à données d'excitation identiques.

2. Zone PCB : thermique et thermomécanique

• Repérer le point chaud et le chemin d'évacuation de la chaleur du composant vers le boîtier. Contrôler les températures et gradients autour de la carte.
• Comparer l'effet d'une interface conductrice ou d'un dissipateur modifié sur le composant et sur la zone PCB.
• À partir d'un champ thermique préparé, examiner la dilatation différentielle carte/boîtier et les déplacements relatifs près des fixations et des connecteurs.
• Interpréter les déformations et contraintes dans les axes appropriés. Réserver le critère de von Mises aux pièces métalliques pour lesquelles il est pertinent.

3. Synthèse comparative et restitution

• Renseigner le tableau de comparaison : déplacement de la carte, fréquence sensible, amplitude vibratoire, température maximale, gradient et déplacement différentiel.
• Justifier la variante retenue, signaler les limites du modèle et identifier les données ou essais nécessaires pour approfondir l'étude.

4. Évaluation des connaissances et bilan

• Répondre à un questionnaire court couvrant statique, vibrations, thermique et choix de modélisation PCB. Recevoir un retour individualisé.

Le PCB est étudié à l'échelle de la carte et de ses liaisons. Une analyse détaillée des pistes, des vias, des billes BGA ou de la durée de vie des brasures nécessite un modèle local, des données matériaux et des critères de fiabilité complémentaires.

• Préparer un modèle Inventor d'équipement aéronautique et définir des hypothèses de calcul cohérentes.
• Réaliser une étude statique linéaire et contrôler les déplacements, contraintes et réactions.
• Identifier les modes propres et analyser une réponse vibratoire simple sous excitation imposée.
• Construire une étude thermique stationnaire avec dissipations, conduction et convection.
• Étudier les zones sensibles d'un PCB et l'influence de ses fixations, masses et interfaces thermiques.
• Comparer des variantes et présenter une synthèse argumentée des résultats et de leurs limites.

• Savoir ouvrir, modifier et enregistrer des pièces et assemblages dans Inventor.
• Connaître les notions de force, accélération, contrainte, déformation et résistance des matériaux.
• Posséder des notions de fréquence, de température et de transfert de chaleur. Les rappels utiles sont intégrés aux exercices.
• Maîtriser Windows. Aucune expérience préalable d'Inventor Nastran n'est requise.

• Formation animée en direct, en présentiel ou à distance, avec rappels ciblés, démonstrations et travaux pratiques sur équipements aéronautiques.
• Progression à partir d'un même ensemble boîtier/support/PCB. Modèles simples et fichiers préparamétrés pour tenir le périmètre des 21 heures.
• Manipulations individuelles, analyse collective des hypothèses et comparaison de variantes. La réponse aléatoire fait l'objet d'une démonstration guidée.

• Un poste par participant avec Inventor et Inventor Nastran installés, activés et de même millésime.
• Fichiers Inventor, modèles de calcul préparés, données matériaux et d'environnement, énoncés et résultats de référence pour les TP.
• Support pédagogique, fiche de vérification, trame de note de calcul et tableau de comparaison statique/vibratoire/thermique.
• Projection en salle ou visioconférence avec partage d'écran. Vérification préalable de l'accès au logiciel et de la connexion à distance.

• En amont : positionnement sur Inventor, la mécanique et les notions de vibration et de thermique.
• Pendant la formation : contrôle des modèles, observation des manipulations et restitution des TP.
• En fin de formation : cas PCB, tableau comparatif, justification des choix et questionnaire.
• Critères : cohérence des hypothèses et unités, pertinence des liaisons et du maillage, lecture des réponses vibratoires, contrôle du bilan thermique et qualité de la conclusion.
• Appréciation par compétence : acquise, en cours d'acquisition ou non acquise.

Émargement par demi-journée, suivi des exercices réalisés, bilan individuel des acquis et questionnaire de satisfaction. Une attestation de fin de formation est remise au participant.

• Traduire un besoin d'intégration aéronautique en modèle de calcul et en conditions aux limites.
• Vérifier le comportement statique d'un équipement et de ses supports.
• Repérer une résonance et interpréter une réponse vibratoire sur un cas guidé.
• Identifier les points chauds et les chemins d'évacuation thermique d'un boîtier électronique.
• Analyser les déplacements, déformations et gradients thermiques dans la zone d'un PCB.
• Justifier une modification de conception à partir de résultats vérifiés.

ETC Academy s'engage à ce que ses formations soient adaptables à l'ensemble des participants et à sensibiliser ses formateurs à l'inclusion de tous les publics.

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