Les avancées de DPS en ingénierie numérique : présentation de la solution CST Studio
Présentation de DPS
DPS — Digital Product Simulation — est une société de services présente sur trois sites en France : La Celle-Saint-Cloud en région parisienne (site principal), Toulouse et Bordeaux. Nous travaillons dans les secteurs de l'aéronautique, l'automobile, la défense et l'énergie, avec 130 employés répartis sur ces sites, en prestation au forfait dans nos locaux ou en assistance technique chez nos clients.
Nos activités couvrent quatre domaines :
— L'ingénierie de services et la prestation de simulation numérique (simulation multiphysique, structurelle, thermique, électromagnétique, 0D/1D)
— La formation certifiée Qualiopi sur les logiciels de simulation, notamment ceux de Dassault Systèmes
— Le développement logiciel sur mesure : automatisation de processus, développement d'outils
— La revente de logiciels Dassault Systèmes, dont CST Studio Suite
Le cœur de métier de DPS est la conception, la simulation et le lien entre les deux, avec des expertises en PLM, MBSE (Model-Based System Engineering) et SPDM (Simulation Process Data Management).
Présentation de CST Studio Suite
CST Studio Suite est un logiciel de simulation électromagnétique édité par Dassault Systèmes. Il couvre trois grands domaines de simulation.
Simulations haute fréquence
Dédiées aux antennes, radars et rayonnements électromagnétiques. CST propose plusieurs solveurs adaptés à la taille électrique du modèle :
— Solveur fréquentiel (F) : méthode des éléments finis, adapté aux structures complexes avec petits éléments
— Solveur temporel (T) : adapté aux antennes de taille intermédiaire avec rayonnements
— Solveur intégral : adapté aux grandes surfaces métalliques
— Solveur asymptotique : grandes structures (radars, grandes antennes) par ray tracing
Simulations basse fréquence
Adaptées aux fréquences du courant alternatif domestique. Plusieurs solveurs sont disponibles :
— Solveur électrostatique : calcul du potentiel électrique (ex. analyse de claquage)
— Solveur magnétostatique : calcul des champs magnétiques (aimants, bobines)
— Solveur courant statique : calcul de la densité de courant, effets Joule, chutes de tension
— Solveurs dynamiques fréquentiel et temporel : électromagnétisme transitoire
— Solveur RLC partiel : calcul des caractéristiques RLC d'un composant 3D (conductivité d'un câble, caractérisation de composants)
Simulations multiphysiques
— Solveur thermique conduction : régime statique ou transitoire
— Solveur thermique conjugué : couplage conduction, radiation et convection avec méthodes CFD
— Solveur mécanique : calcul de déformations thermiques
Un schéma de couplage typique : calcul de l'effet Joule via le solveur courant statique → transfert au solveur thermique → calcul des déformations via le solveur mécanique.
Workflow général d'une simulation CST
Le processus se déroule en quatre étapes.
Création de la géométrie 3D
Soit par modélisation directe (primitives géométriques, opérations booléennes), soit par import de fichiers aux formats STEP, STL, SIS, CATIA V5 et autres.
Mise en données
CST propose une bibliothèque de matériaux prédéfinis pour une mise en données rapide, ainsi que différents types de sources (potentiel électrique, entrée de courant, bobine) associées à chaque solveur.
Maillage
Deux types de maillage sont disponibles : hexaédrique ou tétraédrique selon le solveur utilisé. Le solveur temporel (T) présente une particularité notable : il supporte jusqu'à deux matériaux par maille. Des outils de raffinement et de contrôle du maillage permettent d'optimiser la précision sans alourdir le calcul.
Post-traitement
CST propose des outils de visualisation avancés : réglage d'échelle, lignes de courant, flèches de champ. La fonctionnalité clé est le système de templates de post-traitement, qui permet d'obtenir automatiquement des résultats 1D ou 2D (courbes, densités de courant sur une droite ou une face) sans algorithmes externes. Ces templates sont entièrement automatisés : si un paramètre est modifié et le calcul relancé, les courbes sont recalculées automatiquement. Ils permettent également des exports automatiques et des combinaisons de champs.
Cas d'étude : simulation d'un stack d'électrolyseur
En partenariat avec la société STAC, DPS a réalisé une étude de simulation électromagnétique sur un stack d'électrolyseur. L'objectif était de déterminer les lignes de courant et les échauffements au sein du composant.
Deux fonctionnalités clés de CST ont été particulièrement valorisées dans ce cas d'étude.
Couplage entre solveurs
Le couplage électromagnétique-thermique permet d'importer automatiquement la géométrie, les matériaux et les champs thermiques issus du modèle électromagnétique dans le modèle thermique, de manière rapide et intuitive. Ce workflow couplé donne une vision complète du comportement thermique du stack en fonction des conditions électriques.
Paramétrage et balayage de paramètres
CST permet de modifier des paramètres du modèle (ampérage, épaisseur des plaques) sans reconstruire le modèle. À partir de cette paramétrisation, un balayage automatique enchaîne les calculs avec des valeurs différentes. Combiné au couplage et aux templates de post-traitement, cela génère automatiquement des courbes d'échauffement en fonction de l'ampérage — particulièrement utile pour les études de pré-dimensionnement et de vérification de tenue thermique.
Autres fonctionnalités notables
— Automatisation via Python et VBA pour scripter des opérations répétitives
— Intégration GPU pour accélérer les calculs via carte graphique
— Couplage simulation 3D et schématique : intégration d'un composant 3D dans un circuit RLC ou schéma électrique (ex. câble caractérisé puis intégré dans un schéma)
— Optimiseur intégré : recherche automatique du paramètre optimal pour un objectif donné (ex. épaisseur d'antenne pour le meilleur paramètre S)
— Import EDA : import rapide de composants PCB et circuits imprimés
