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Auteur: Johnny Liu
PDG — Véhicules Dowway

Dernière mise à jour : Mars 2026

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Réponse rapide

Simcenter Nastran est un logiciel de résolution d’éléments finis utilisé en ingénierie automobile pour évaluer la résistance structurelle, la rigidité, le comportement vibratoire, la durée de vie en fatigue et la sécurité des batteries des véhicules électriques. Ce logiciel prend en charge les analyses linéaires et non linéaires, gère des modèles de très grande taille comportant des millions d’éléments et s’intègre aux outils de simulation numérique utilisés pour la conception et la simulation de véhicules.

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Pourquoi les solveurs par éléments finis sont importants en ingénierie automobile

Le développement des véhicules repose largement sur la simulation informatique. Les ingénieurs utilisent des outils de CAO pour vérifier la sécurité structurelle, les performances vibratoires et la durabilité avant de construire des prototypes physiques.

Dans un flux de travail de simulation typique :

Scène	Outil
Conception géométrique	GOUJAT
Préparation du modèle	HyperMesh / Simcenter 3D
Résolution structurale	Simcenter Nastran
Visualisation des résultats	Article HyperView / Simcenter
optimisation technique	outils de conception

Le solveur calcule les équations structurelles produites par le modèle par éléments finis.

Sans le solveur, il est impossible de générer des résultats de simulation.

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Qu’est-ce que Simcenter Nastran ?

Simcenter Nastran est un solveur de simulation structurelle développé à partir de la technologie NASTRAN originale de la NASA.

Le logiciel fait désormais partie de la plateforme d’ingénierie Siemens Simcenter et est largement utilisé dans :

• ingénierie aérospatiale
• conception automobile
• machinerie lourde
• systèmes énergétiques

En ingénierie automobile, le solveur est couramment utilisé pour analyser :

• structures de carrosserie de véhicules
• systèmes de châssis
• vibrations et bruit
• systèmes de batteries pour véhicules électriques

Ce logiciel est apprécié pour sa stabilité numérique et la fiabilité de ses résultats lors de la résolution de modèles structurels de grande taille.

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Fonctionnalités principales du solveur

Analyse structurale linéaire

L’analyse linéaire évalue :

• rigidité
• stresser
• déformation

Simcenter Nastran utilise une technologie de résolution de matrices creuses, notamment la Solutionneur de MOURMONS.

Les structures de véhicules de grande taille peuvent être résolues efficacement tout en maintenant l’erreur de prédiction à environ 5 % par rapport aux tests physiques.

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Analyse structurale non linéaire

Les structures des véhicules présentent souvent un comportement non linéaire.

Simcenter Nastran prend en charge trois grandes catégories non linéaires.

Non-linéarité géométrique

Effets de grandes déformations et de grands déplacements.

Non-linéarité matérielle

Déformation plastique et endommagement des matériaux composites.

Non-linéarité de contact

Contact surface-surface et contact point-surface entre les composants.

Ces fonctionnalités permettent une simulation réaliste de structures telles que les systèmes de suspension et les batteries.

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Analyse NVH à l’aide de Simcenter Nastran

NVH signifie Bruit, vibrations et rudesse.
C’est l’une des principales tâches d’ingénierie dans la conception des véhicules.

Simcenter Nastran comprend plusieurs séquences de résolution pour la dynamique des structures.

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Analyse modale — SOL 103

L’analyse modale détermine les fréquences naturelles et les modes de vibration des structures.

Les ingénieurs utilisent ces résultats pour éviter les résonances avec :

• vibrations du moteur
• fréquences des moteurs électriques
• Excitations de la transmission.

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Analyse de la réponse en fréquence — SOL 108

L’analyse de la réponse en fréquence calcule la réponse vibratoire sous charges harmoniques.

Les applications comprennent :

• vibrations de la carrosserie du véhicule
• excitation du groupe motopropulseur
• voies de transfert acoustique.

Les méthodes de réponse en fréquence directe et modale sont toutes deux prises en charge.

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Analyse dynamique transitoire — SOL 111

L’analyse transitoire calcule la réponse structurelle en fonction du temps.

Exemples :

• charges d’impact routier
• impulsions de vibration
• forces structurelles transitoires.

Lorsque les modèles de simulation sont calibrés avec des données d’essai, les prédictions modales peuvent correspondre aux essais physiques. corrélation supérieure à 90 %.

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Capacité de simulation de grands modèles

Les modèles modernes d’éléments finis de véhicules complets contiennent souvent des millions ou des dizaines de millions d’éléments.

Simcenter Nastran traite ces modèles grâce à plusieurs méthodes de calcul.

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Calcul parallèle

Deux modes de calcul sont disponibles.

SMP — Mémoire partagée parallèle

Plusieurs cœurs de processeur partagent la mémoire système.

DMP — Mémoire distribuée parallèle

Plusieurs nœuds de calcul fonctionnent ensemble.

La résolution parallèle peut améliorer les performances en 30 à 50 %.

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Raffinement adaptatif du maillage

Le solveur ajuste la densité du maillage en fonction de la distribution des contraintes.

Zone	Densité du maillage
joints soudés	mailles fines
Emplacements des boulons	maille raffinée
régions à faible stress	maille grossière

Cela permet de maintenir la précision tout en maîtrisant le temps de calcul.

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Réduction du modèle

Les modèles de grande taille peuvent être simplifiés avant la simulation dynamique.

Deux méthodes de réduction courantes sont :

Synthèse en mode composant (CMS)
Préserve le comportement dynamique des sous-structures.

Réduction de Guyane
Supprime les degrés de liberté les moins importants.

Les modèles réduits sont couramment utilisés dans les simulations de véhicules multicorps.

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Applications d’ingénierie automobile

Simulation structurelle BIW

La carrosserie en blanc (BIW) est la principale structure porteuse d’un véhicule.

Les ingénieurs analysent :

• rigidité en flexion
• rigidité en torsion
• performance modale
• résistance structurelle.

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Modélisation par éléments finis de la carrosserie en U

Les modèles BIW comprennent :

• panneaux en tôle
• connexions soudées
• boulons.

Pour simplifier les modèles :

• des trous plus petits que 10 mm peut être supprimé
• filets plus petits que 7 mm peut être simplifié.

Cela réduit les coûts de calcul.

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Simulation de test de rigidité

Deux cas de rigidité courants sont simulés.

rigidité en flexion

Carrosserie du véhicule chargée verticalement au centre.

rigidité en torsion

Les roues opposées sont bloquées pendant l’application du couple.

Ces cas de charge simulent des conditions routières irrégulières.

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Exemple de résultat d’ingénierie

Dans le cadre d’un programme de développement de véhicules compacts :

• La rigidité en flexion de la carrosserie a augmenté. 12%
• le poids corporel a diminué 8%

Cette amélioration est due à des modifications des renforts et au remplacement des matériaux par des matériaux à haute résistance.

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Analyse de la durabilité de la suspension

Les composants de la suspension subissent des charges répétées pendant la conduite.

La simulation de fatigue permet de prédire la durée de vie et d’identifier les points faibles.

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Composants du modèle de suspension

Les modèles de suspension typiques comprennent :

• bras de suspension
• amortisseurs
• barres stabilisatrices
• bagues
• rotules.

Les bagues sont modélisées à l’aide de ressorts non linéaires, tandis que les rotules utilisent des contraintes de charnière.

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Charger les données

Les chargements peuvent provenir de :

• essais routiers
• simulations multicorps utilisant ADAMS.

Ces charges sont appliquées au modèle structurel.

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Simulation non linéaire

Le solveur non linéaire SOL 106 calcule les contraintes et les déformations dans des conditions de charge réalistes.

Des concentrations de contraintes apparaissent souvent au niveau des joints de soudure.

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Prédiction de la durée de vie liée à la fatigue

La durée de vie en fatigue est calculée à l’aide de :

règle de dommages cumulatifs linéaires de Miner
combiné avec le courbe SN du matériau.

Cela permet de prédire le nombre de cycles qu’un composant peut supporter.

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Exemple de résultat

Pour un bras de suspension dans la conception d’un SUV :

• durée de vie initiale : 2 × 10⁵ cycles

Après les améliorations apportées aux soudures :

• La durée de vie en fatigue a augmenté jusqu’à 1 × 10⁶ cycles.

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Simulation de batterie de véhicule électrique

Les véhicules électriques posent des défis thermiques et structurels.

Les batteries doivent rester protégées pendant les cycles de vibration et de charge.

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Modèle par éléments finis du bloc-batterie

Les composants typiques d’un modèle comprennent :

• modules de batterie
• boîtier de paquet
• canaux de refroidissement
• supports de montage.

Les modules de batterie utilisent des éléments solides tandis que les structures de boîtier utilisent souvent des éléments de coque.

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Couplage thermo-structurel

Deux catégories de charge sont appliquées.

charges thermiques

Chaleur produite lors de la charge et de la décharge.

charges mécaniques

Vibrations et forces d’impact de la route.

Simcenter Nastran calcule les deux effets simultanément.

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Exemple de résultat d’ingénierie

Dans un projet de simulation de véhicules électriques :

• La température maximale de la batterie a été réduite. 52°C à 38°C
• contrainte structurelle réduite 25%

Cette amélioration est due à des modifications du système de refroidissement et au renforcement du boîtier.

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Intégration de la chaîne d’outils CAE

Simcenter Nastran fonctionne au sein d’un environnement CAE plus vaste.

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Outils de prétraitement

Les outils de préparation des modèles comprennent :

• HyperMesh
• Simcenter 3D
• Systèmes de CAO.

Formats de fichiers pris en charge :

• BDF
• INP
• ÉTAPE.

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Outils de post-traitement

Les résultats de la simulation peuvent être visualisés à l’aide de :

• Hypervue
• Simcenter 3D Post
• Tecplot.

Ces outils affichent des cartes de contraintes, des champs de déplacement, des modes propres et des résultats de fatigue.

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Intégration de la dynamique multicorps

Les résultats structurels peuvent être utilisés dans les modèles de dynamique des véhicules créés dans :

• ADAMS
• Simcenter Motion.

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Intégration du système de contrôle

Pour le développement des véhicules électriques, les modèles structurels peuvent être connectés aux modèles de contrôle intégrés :

• MATLAB
• Simulink.

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Test de corrélation

Simcenter Nastran se connecte à Laboratoire d’essais Simcenter comparer les résultats de la simulation avec les mesures expérimentales.

Cela améliore la précision du modèle.

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Utilisation industrielle

La technologie Simcenter est utilisée par de nombreuses entreprises automobiles.

Exemples :

Ingénierie et technologie Mazda

Le temps de simulation pour l’analyse des grilles de haut-parleurs a été réduit de 2,5 jours à 4 heures.

American Axle & Fabrication

Simulation NVH intégrée avec tests utilisant les outils Simcenter.

Groupe automobile Hyundai

Utilise des plateformes de simulation multiphysique et de jumeaux numériques lors du développement de véhicules électriques.

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Orientations futures en matière de simulation de véhicules

Plusieurs tendances technologiques influencent les outils de simulation.

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Modèles de véhicules à un milliard d’éléments

Les simulations de véhicules du futur pourraient contenir des centaines de millions, voire des milliards d’éléments.

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Simulation multiphysique

Les modèles de véhicules combinent de plus en plus :

• mécanique des structures
• comportement thermique
• écoulement de fluide
• électromagnétisme.

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Simulation assistée par l’IA

L’intelligence artificielle peut automatiser :

• étalonnage du modèle
• configuration de simulation
• Optimisation de la conception.

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Ingénierie du jumeau numérique

Les jumeaux numériques relient les modèles de simulation aux données d’exploitation réelles tout au long du cycle de vie du véhicule.

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Foire aux questions

Qu’est-ce qui différencie Simcenter Nastran des autres solveurs d’éléments finis utilisés dans la CAE automobile ?

Simcenter Nastran est reconnu pour ses algorithmes de résolution de structures et de dynamique fiables, initialement développés à partir de la recherche aérospatiale de la NASA.

Il prend en charge l’analyse par éléments finis linéaire et non linéaire, y compris les simulations statiques, modales, de réponse en fréquence, de fatigue et multiphysiques, dans un seul environnement.

Les ingénieurs mentionnent souvent :

• des résultats fiables pour les grands modèles
• capacités NVH solides
• calcul parallèle évolutif
• intégration avec la plateforme Simcenter CAE.

Ces caractéristiques en font un outil couramment utilisé dans l’analyse de la structure de la carrosserie, l’ingénierie des châssis et la simulation NVH des groupes motopropulseurs.

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Quelles sont les tailles de modèles que Simcenter Nastran peut gérer dans des simulations de véhicules complets ?

Les modèles d’éléments finis des véhicules comportent souvent plus de plusieurs dizaines de millions d’éléments.

Simcenter Nastran gère ces modèles via :

• Calcul parallèle SMP et DMP
• solveurs de matrices creuses efficaces
• techniques de réduction de modèles telles que CMS.

La configuration matérielle, les paramètres du solveur et la stratégie de réduction du modèle influencent les performances.

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Quelles simulations automobiles sont le plus souvent réalisées avec Simcenter Nastran ?

Les ingénieurs utilisent fréquemment ce solveur pour plusieurs tâches de développement de véhicules.

Analyse structurelle de la carrosserie :

• rigidité
• analyse modale
• résistance structurelle

Analyse NVH :

• fréquences modales
• réponse vibratoire
• analyse du chemin de transfert

Analyse de durabilité :

• prédiction de la durée de vie en fatigue
• fiabilité structurelle

Performances du châssis :

• déformation de la suspension
• répartition de la charge

Véhicules électriques :

• sécurité structurelle du bloc-batterie
• Couplage thermo-structurel.

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Comment Simcenter Nastran s’intègre-t-il à la chaîne d’outils CAE automobile ?

Simcenter Nastran fait généralement office de solveur principal au sein d’un environnement d’ingénierie multi-outils.

Les outils de prétraitement comprennent HyperMesh, Simcenter 3D et les systèmes de CAO.

Les outils de post-traitement incluent HyperView et Simcenter 3D Post.

Les outils de simulation de systèmes peuvent inclure ADAMS, Simcenter Motion, MATLAB, Simulink et des logiciels de CFD tels que STAR-CCM+.

Cet environnement prend en charge des flux de travail d’ingénierie numérique complets.

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Quels sont les problèmes courants rencontrés lors de l’utilisation de Simcenter Nastran ?

Les ingénieurs signalent souvent plusieurs problèmes pratiques.

Problèmes de qualité du maillage :

• éléments déformés
• Densité de maillage incohérente.

Problèmes liés aux données matérielles :

• courbes de fatigue manquantes
• propriétés de température incomplètes.

Problèmes de configuration du solveur :

• sélection de solveur incorrecte
• espace disque insuffisant
• Erreurs de fichier de résultats telles que des problèmes de sortie *.f06.

Des conditions aux limites et des données matérielles précises sont essentielles pour obtenir des résultats de simulation fiables.

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Auteur

Johnny Liu
PDG — Véhicules Dowway

Johnny Liu travaille dans le domaine de l’ingénierie automobile et du développement de technologies de simulation numérique. Ses travaux portent sur la conception pilotée par la simulation, les flux de travail d’ingénierie numérique et les méthodes avancées de développement de véhicules.