Structure d’essai de blindage de champ nommée « LaDiff », conçue par TuB Tragwerk GmbH à l’Université technique de Munich.
Étude de cas

80 tonnes, limites de déformation strictes : comment Thomas Linder a conçu un blindage antiradiation avec RFEM

Défi

La planification d’une enveloppe de protection antiradiation pour le spectromètre à trois axes « LaDiff » au centre de recherche sur les neutrons FRM II de l’Université technique de Munich a imposé des exigences d’ingénierie extrêmes. La structure devait reprendre en toute sécurité des charges énormes – au total 80 tonnes, en raison d’un revêtement en plomb de 5 cm d’épaisseur – tout en respectant des limites de déformation extrêmement strictes. Comme les expériences de neutrons exigent en outre un environnement exempt d’influences magnétiques, toute la sous-structure devait être réalisée en un acier inoxydable spécial non magnétique. Cela a conduit à un système hautement hyperstatique, dont la vérification précise pousse de nombreux logiciels standard pour les structures en acier à leurs limites.

Solution

Pour maîtriser cette structure porteuse complexe, Thomas Linder a opté pour le produit phare RFEM de Dlubal Software en combinaison avec le module complémentaire Vérification de l’acier. Le logiciel a permis la modélisation 3D exacte du plan trapézoïdal sans poteaux et des poutres de plafond disposées radialement. Il était particulièrement décisif que RFEM puisse gérer sans difficulté les exigences spécifiques en matière de matériau. Le logiciel a permis des analyses de stabilité et des calculs de résistance précis pour l’acier inoxydable non magnétique, garantissant ainsi la sécurité et l’extrême précision indispensables à un centre de recherche de ce type.

Avantages

  • Possibilités étendues en matière de matériaux : contrairement à de nombreux logiciels limités aux aciers courants, le module complémentaire Vérification de l’acier permet de vérifier sans difficulté des matériaux spéciaux tels que l’acier inoxydable non magnétique, avec toutes les vérifications de stabilité.
  • Calculs transparents et compréhensibles : le détail des résultats affiche les équations exactes de la norme. Cela évite l’effet « boîte noire », crée la confiance et permet à l’ingénieur de retracer chaque vérification pour chaque barre.
  • Documentation fluide : la possibilité de travailler en parallèle dans le modèle et dans le rapport d’impression constitue un énorme avantage. Des fonctions telles que les vues définies par l’utilisateur, l’impression multiple et la mise à jour automatique du rapport lors de modifications du modèle rendent la documentation extrêmement efficace.
  • Support exceptionnel : un contrat de service Pro garantit une assistance téléphonique rapide, également utile pour les sujets spécifiques. L’équipe Dlubal fournit en outre de précieux conseils pour rendre les flux de travail plus simples et plus rapides.

Description du projet et conception géométrique

L’enceinte de protection contre les rayonnements « LaDiff », dans l’aile ouest du centre de recherche en physique nucléaire Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) a été conçue de manière à envelopper l’ensemble de la zone expérimentale et à assurer un blindage fiable contre les rayonnements. La structure permet des expériences avec des neutrons dans un environnement contrôlé.

L’enceinte s’étend sur un plan trapézoïdal d’environ 10,0 m x 6,5 m, sans appuis internes gênants. Du côté diagonal, le plafond comporte une ouverture semi-circulaire destinée au transport des matériaux vers la salle d’expérimentation, encadrée par une poutre annulaire reposant sur deux appuis. À partir de là, des poutres de plafond disposées radialement, à hauteur de section variable, s’étendent vers l’extérieur.

Défis techniques et planification numérique

Afin de garantir une protection maximale contre les rayonnements, l’ensemble de la structure a été équipé d’un revêtement en plomb de 5 cm d’épaisseur, monté sur des plaques d’acier inoxydable de 10 mm d’épaisseur. La maîtrise des 80 tonnes de charges dues au revêtement tout en respectant strictement des tolérances de déformation minimales a constitué un défi central pour l’équipe. De plus, toute la sous-structure devait être réalisée en acier inoxydable spécial non magnétique.

Pour relever ce défi, les ingénieurs ont utilisé dès la phase de conception préliminaire des modèles 3D complets dans RFEM afin d’obtenir des charges d’appui fiables pour le système. Lors de la phase de vérification, chaque barre du portique a fait l’objet d’un calcul précis avec analyse de stabilité. L’intégration fluide du rapport d’impression a permis d’assurer la documentation immédiate et compréhensible de chaque ajustement pour l’ingénieur de contrôle.

Pourquoi Dlubal Software ?

Pour Thomas Linder et son équipe, Dlubal Software est le premier choix pour des projets allant de systèmes simples à des modèles 3D complexes. Le logiciel convainc durablement par ses caractéristiques :

  • Polyvalence maximale : Utilisable pour tout, des bâtiments à plusieurs étages aux structures spéciales ou aux rénovations de structures en bois, dans lesquelles des articulations non linéaires prennent en compte le glissement des assemblages à goujons.
  • Efficacité intégrée : Des fonctions intégrées telles que les générateurs de charges de vent et de neige permettent de gagner un temps précieux lors de la définition des charges.
  • Fiabilité et clarté : Un calcul de structure hautement efficace, soutenu par un support réactif, offre aux ingénieurs une sécurité constante quant à leurs résultats.