Les mathématiques améliorent la conception industrielle

Des simulations numériques permettent aux développeurs de dispositifs de puissance d'optimiser la forme des électrodes, de sélectionner l'isolation la plus appropriée et de garder la tension de tenue au-dessus de niveaux acceptables. Elles impliquent des analyses spécifiques impossibles pour les outils standard de simulation industrielle, afin d'évaluer des effets diélectriques complexes. Les chercheurs ont cherché à combler cette lacune dans le cadre du projet CASOPT («Controlled component and assembly-level optimization of industrial devices»).

La première étape d'une simulation diélectrique consiste à calculer le champ électrique en résolvant l'équation linéaire de Laplace. Les chercheurs de CASOPT ont démontré que la méthode aux éléments finis de frontière était efficace pour modéliser jusqu'au détail le plus fin. Grâce à cette technique informatique très performante, les trois méthodes développées promettent de résoudre des modèles 3D complexes de grande taille ayant un million de paramètres inconnus.

La méthode aux éléments finis de frontière est déjà l'un des principaux composants de la boîte à outils de simulation d'ABB Schweiz, le partenaire industriel du projet. Cette collection de procédures et d'outils de simulation autorise la définition des conditions aux limites et prend en compte les propriétés des matériaux. Elle est intégrée à des systèmes de CAO qui servent à optimiser les modèles maillés.

L'équipe de CASOPT a étudié une autre approche de l'optimisation paramétrique que celle utilisée habituellement. L'optimisation de formes libres est basée sur la formulation du 'problème adjoint'. Elle fournit des informations sur le gradient et facilite la préparation du modèle initial par les concepteurs. Même si cette nouvelle méthode demande des recherches plus approfondies, elle a été ajoutée à la boîte à outils de simulation pour la tester en milieu industriel.

Un échange de savoir-faire et d'expérience avec les ingénieurs d'ABB a ouvert la voie à l'application directe de nouvelles techniques de simulation dans la conception de dispositifs de puissance. Pour améliorer la qualité de la conception dans son ensemble, CASOPT a établi le lien nécessaire entre les développeurs de produits en entreprises et les scientifiques travaillant dans des instituts de recherche.