Nouvelle formulation d'un élément fini coque mince SFE sans degré de liberté de rotation PDF Download
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Author: Sylvain Couëdo
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 218
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Book Description
En simulation numérique, les éléments finis coques permettent de modéliser les structures de parois minces, structures les plus présentes dans notre environnement. Le comportement de flexion est pris en compte classiquement par l'usage de degrés de liberté de rotation. Cependant, une autre solution consiste à exprimer la flexion à l'aide uniquement des degrés de liberté en déplacement. Par rapport aux éléments finis coques classiques, les éléments coques sans degré de liberté en rotation (Rotation Free) présentent de nombreux avantages : bonne précision, temps de calcul réduit, cohérence des degrés de liberté, absence de blocage en cisaillement. Un inconvénient demeure : il s’agit de la sensibilité à la distorsion du maillage. Cet inconvénient patent est peu analysé dans les travaux existants. Dans ce contexte, le but des travaux présentés est d'améliorer la formulation d'une classe d'élément RF existants, Semi-Finite Elements (SFE), en diminuant très fortement cette sensibilité à la forme du maillage. Les éléments SFE sont fondés sur une cinématique de coque dans le cadre des transformations finies, exprimées ici en coordonnées matérielles entraînées. Un état de l'art sur les éléments coques RF montre que la grande sensibilité des résultats à la régularité des mailles est un problème qui reste ouvert. Il permet aussi de mettre en lumière le rôle central de la précision du calcul du tenseur de courbure. Dans ces conditions l'étude s'est déroulée en deux étapes : exploration des différents modèles de calcul de la courbure puis intégration du modèle le plus prometteur dans un code de calcul en vue d’une validation sur des calculs linéaires et non-linéaires. Dans la première étape, différents modèles de calcul de la courbure, construits à partir d'un patchwork irrégulier de points répartis sur une surface connue, ont été testés, hors du contexte final de la méthode des éléments finis. En particulier, deux interpolations utilisées avec les méthodes meshless ont été étudiées. Malgré sa simplicité, un modèle particulier d'interpolation polynomiale quadratique s'est avéré le moins sensible aux irrégularités de maillage. Ce modèle de calcul de la courbure a ensuite été implanté dans le code académique Herezh++ via un nouvel élément (SFE3), venant ainsi compléter les deux modèles déjà existants. Des calculs statiques linéaires et géométriquement non-linéaires ont été menés en vue de valider la nouvelle formulation et de mesurer l'influence de la distorsion du maillage sur les résultats. Les résultats obtenus avec l'élément SFE3 pour des maillages réguliers et irréguliers démontrent un excellent niveau de précision et une très faible sensibilité à la distorsion du maillage, comparé aux résultats de référence issue de la littérature. Des applications moins académiques ont été mises en oeuvre : simulation du gonflage de coussins en tissus, calculs d'impacts prenant en compte une loi de comportement non linéaire de type élasto-plastique (l'élastohystérésis) et des conditions limites de contact. Aucune difficulté particulière n'a été rencontrée, montrant ainsi la flexibilité du modèle proposé. Les nombreux travaux récents concernant les éléments sans degré de liberté en rotation ont montré que ces derniers constituent une alternative intéressante aux éléments plaques et coques classiques. Cependant leur grande sensibilité à la régularité du maillage constituait une limitation importante. Les travaux présentés dans ce mémoire montrent que le modèle proposé est une réponse performante et fiable à cette difficulté.
Author: Sylvain Couëdo
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 218
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Book Description
En simulation numérique, les éléments finis coques permettent de modéliser les structures de parois minces, structures les plus présentes dans notre environnement. Le comportement de flexion est pris en compte classiquement par l'usage de degrés de liberté de rotation. Cependant, une autre solution consiste à exprimer la flexion à l'aide uniquement des degrés de liberté en déplacement. Par rapport aux éléments finis coques classiques, les éléments coques sans degré de liberté en rotation (Rotation Free) présentent de nombreux avantages : bonne précision, temps de calcul réduit, cohérence des degrés de liberté, absence de blocage en cisaillement. Un inconvénient demeure : il s’agit de la sensibilité à la distorsion du maillage. Cet inconvénient patent est peu analysé dans les travaux existants. Dans ce contexte, le but des travaux présentés est d'améliorer la formulation d'une classe d'élément RF existants, Semi-Finite Elements (SFE), en diminuant très fortement cette sensibilité à la forme du maillage. Les éléments SFE sont fondés sur une cinématique de coque dans le cadre des transformations finies, exprimées ici en coordonnées matérielles entraînées. Un état de l'art sur les éléments coques RF montre que la grande sensibilité des résultats à la régularité des mailles est un problème qui reste ouvert. Il permet aussi de mettre en lumière le rôle central de la précision du calcul du tenseur de courbure. Dans ces conditions l'étude s'est déroulée en deux étapes : exploration des différents modèles de calcul de la courbure puis intégration du modèle le plus prometteur dans un code de calcul en vue d’une validation sur des calculs linéaires et non-linéaires. Dans la première étape, différents modèles de calcul de la courbure, construits à partir d'un patchwork irrégulier de points répartis sur une surface connue, ont été testés, hors du contexte final de la méthode des éléments finis. En particulier, deux interpolations utilisées avec les méthodes meshless ont été étudiées. Malgré sa simplicité, un modèle particulier d'interpolation polynomiale quadratique s'est avéré le moins sensible aux irrégularités de maillage. Ce modèle de calcul de la courbure a ensuite été implanté dans le code académique Herezh++ via un nouvel élément (SFE3), venant ainsi compléter les deux modèles déjà existants. Des calculs statiques linéaires et géométriquement non-linéaires ont été menés en vue de valider la nouvelle formulation et de mesurer l'influence de la distorsion du maillage sur les résultats. Les résultats obtenus avec l'élément SFE3 pour des maillages réguliers et irréguliers démontrent un excellent niveau de précision et une très faible sensibilité à la distorsion du maillage, comparé aux résultats de référence issue de la littérature. Des applications moins académiques ont été mises en oeuvre : simulation du gonflage de coussins en tissus, calculs d'impacts prenant en compte une loi de comportement non linéaire de type élasto-plastique (l'élastohystérésis) et des conditions limites de contact. Aucune difficulté particulière n'a été rencontrée, montrant ainsi la flexibilité du modèle proposé. Les nombreux travaux récents concernant les éléments sans degré de liberté en rotation ont montré que ces derniers constituent une alternative intéressante aux éléments plaques et coques classiques. Cependant leur grande sensibilité à la régularité du maillage constituait une limitation importante. Les travaux présentés dans ce mémoire montrent que le modèle proposé est une réponse performante et fiable à cette difficulté.
Author: Bruno Bassa
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
La thèse présente une méthodologie pour construire des éléments finis de type « solide-coque » avec intégration réduite en vue des applications à la simulation de la mise en forme tel que l'emboutissage des tôles où ces éléments finis doivent présenter de bonnes aptitudes à modéliser la flexion mais également les situations de laminage de la tôle. A partir des éléments volumiques à 8 nœuds et 3 degrés de liberté par nœud (les 3 composantes du déplacement), un neuvième nœud est rajouté au centre de l'élément. Ce neuvième nœud n'est pourvu que d'un seul degré de liberté, le déplacement le long de la direction de l'épaisseur. Cette direction privilégiée a un nombre de points d'intégration supérieur ou égal à 3 mais l'intégration est réduite au centre de l'élément diminuant très sensiblement les temps CPU par rapport à une intégration complète. Un soin particulier a été pris pour contrôler tous les modes à énergie nulle dus à l'intégration réduite. Ce nœud supplémentaire permet une distribution linéaire de la déformation normale. Avec les lois de comportement complètement 3D ces nouveaux éléments solide-coque donnent des résultats similaires en flexion à ceux obtenus avec des éléments coques et état plan de contrainte. Le neuvième nœud joue le rôle d'un paramètre supplémentaire pour l'interpolation quadratique du déplacement dans la direction de l'épaisseur. Ce degré de liberté a une signification physique et un effort équivalent à une pression normale peut être prescrit. Dans les situations de pression normale et dans le cas du contact, la contrainte normale obtenue est physique ce qui n'est pas le cas de nombreux éléments solide-coque de la littérature. Le pincement ou le laminage des tôles est correctement modélisé. Pour valider ces éléments, un module d'emboutissage en U avec passage et laminage de la bande de tôle sur des rouleaux a été construit au laboratoire. La comparaison entre les efforts d'emboutissage calculés et mesurés est très bonne ainsi que la géométrie des bandes de tôle obtenue après retour élastique.
