Notice d`utilisation sur le choix des éléments fin[...]
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1. PHENOMENE MECANIQUE MODELISATION D PLAN Sl Projection du calcul thermique si calcul CHTHER PROJ CHAMP METHODE ELEM RESULTAT THER MODELE 1 MOTH2D MODELE _2 MOME 4 Caract ristiques du mat riau CHMAT STAT NON LINE Post MAME AFF ERIAU MAILLAGE AFFE VARC E MAT TEMP_REF Chargements m caniques traitements Bibliographie cha n sur 2 maillages diff rents _F NOM_VARC TEMP 20 EVOL CHTER ou THER si pas de projection 1 S MICHEL PONNELLE A RAZAKANAIVO Qualit des Etudes en M canique des Solides tude des l ments finis Note EDF HT 64 02 007 B Manuel d utilisation Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Fascicule u2 01 Notions g n rales2. 3D INCO D PLAN INCO AXIS INCO U3 14 06 U3 13 07 R3 06 08 Nous proposons comme choix priori d utiliser des l ments quadratiques En ce qui concerne le choix de la mod lisation il est fonction du type d l ments et du besoin de traiter la condition d incompressibilit Ces consid rations sont r sum es dans le tableau ci dessous normal quasi incompressible forte plasticit ou v gt 0 45 triangles t tra dres standard INCO quadrilat res hexa dres SI SI ou INCO Manuel d utilisation Fascicule u2 01 Notions g n rales Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Versi Code Aster default Titre Notice d utilisation sur le choix des l ments fin Date 14 11 2009 Page 5 6 Responsable Sylvie MICHEL PONNELLE Cl U2 01 10 R vision 2113 Justifications et pr cautions e Si le mat riau est quasi incompressible v gt 0 45 il est pr f rable d utiliser la formulation INCO car la formulation standard en d placement ne donne pas de bons r sultats L coulement plastique se fait volume constant Cette condition d incompressibilit peut provoquer des difficult s avec la mod lisation classique savoir un comportement trop rigide et surtout l apparition d oscillations au niveau des contraintes La sous int gration permet d am liorer ces probl mes car on v rifie alors la condition d incompressibilit en moins de points de Gauss Toute
3. Code Aster br Paie default Titre Notice d utilisation sur le choix des l ments fin Date 14 11 2009 Page 1 6 Responsable Sylvie MICHEL PONNELLE Cl U2 01 10 R vision 2113 Notice d utilisation sur le choix des l ments finis R sum Ce document a pour but de donner quelques informations sur le choix des l ments finis et leur mod lisation associ e dans le cas d tudes thermiques thermo m caniques ou m caniques non lin aires Il s agit en quelque sorte de proposer utilisateur un choix a priori permettant d viter certaines erreurs courantes En cas de difficult s particuli res d autres choix pourront tre faits Manuel d utilisation Fascicule u2 01 Notions g n rales Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Versi Code Aster default Titre Notice d utilisation sur le choix des l ments fin Date 14 11 2009 Page 2 6 Responsable Sylvie MICHEL PONNELLE Cl U2 01 10 R vision 2113 Introduction On donne dans ce document les choix a priori qui peuvent tre faits concernant les l ments finis On s est plac dans le cas d un cha nage thermo m canique mais les conseils sont valables sur des calculs non cha n s thermiques ou m caniques lin aires ou non Une justification rapide est donn e Pour plus de d tails sur la justification de ces choix l utilisateur pourra se reporter aux documents R de Code As
4. e au cas d un calcul thermo m canique 3 1 Etude Thermique e Lecture du maillage thermique PRE GIBI UNITE GIBI 19 PRE GMSH UNITE GMSH 19 UNITE MAILLAGE 20 UNITE MAILLAGE 20 MA LIRE MAILLAGE UNITE 20 MA LIRE MAILLAGE UNITE 20 e Choix du mod le thermique MOTH2D AFFE MODELE MAILLAGE MA VERIF MAILLE AFFE F GROUP MA GMA1 GMA2 PHENOMENE THERMIQUE MODELISATION PLAN DIAG e Propri t s thermiques du mat riau e Chargement thermique TH GI ER LINEATRE OU THER NON LINI TH RoS e Post traitements ventuels Manuel d utilisation Fascicule u2 01 Notions g n rales Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Code Aster Version default Titre Notice d utilisation sur le choix des l ments fin Date 14 11 2009 Page 6 6 Responsable Sylvie MICHEL PONNELLE Cl U2 01 10 R vision 2113 3 2 Etude m canique e Lecture maillage m canique PRE GIBI ou PRE GMSH MAME CREA MAILLAGE MAILLAGE MA MAME LIRE MAILLAGE LINE QUAD F TOUT OUl e D finition du mod le m canique MOME AFFE MODELE MAILLAGE MAME VERIF MAILLE AFFE F GROUP MA GMAl GMA2
5. fois seuls les lements QUAD8 et HEXA20 sont r ellement sous int gr s pour les autres mailles c est l int gration classique qui est conserv e En cons quence lorsque des ph nom nes d oscillations sont observ s pour un maillage compos s de triangles ou de t tra dres il est pr f rable d utiliser la formulation INCO Ceci am liore nettement les r sultat mais les calculs seront plus longs Dans le cas g n ral la mod lisation sous int gr e donne d aussi bons r sultats que les l ments finis classiques et ceci pour un temps de calcul plus rapide puisqu on utilise moins de points de Gauss En plus dans le cas de calculs thermo m caniques cela permet de limiter les difficult s lors du passage de la d formation d origine thermique au calcul m canique quand les raffinements des maillages thermique et m canique diff rent Toutefois la sous int gration peut parfois conduire l apparition de modes parasites Si l issue du calcul la d form e pr sente ce genre de modes de d formation non physiques il vaut mieux faire le calcul avec la mod lisation classique ou quasi incompressible si les niveaux de plasticit sont tr s importants 3 Mise en uvre Code Aster On rappelle ici les principales tapes du calcul Aster dans le cas d un calcul en d formations planes en pr cisant explicitement o interviennent les sp cifications dont on a parl Pour la partie m canique on a crit en gras ce qui est sp cifiqu
6. ndition fn t Atna ss Alyn et Atna d pendant des propri t s mat riaux de la taille des l ments finis et des param tres d int gration temporelle cf R3 06 07 Dans le cas de probl mes de thermique transitoires rapides on peut tre amen utiliser un pas de temps trop petit On peut alors observer des oscillations de la solution et des temp ratures non physiques dues la violation du principe du maximum temp rature sup rieure la temp rature initiale d une pi ce qu on refroidit La mod lisation DIAG qui consiste diagonaliser la matrice de masse permet de s affranchir de la condition sur ftfin et d viter les probl mes associ s Notons cependant que cette diagonalisation ne suffit pas pour supprimer les oscillations avec des l ments quadratiques Toutefois dans Aster un traitement particulier est fait pour les l ments 2D les triangles sont automatiquement coup s en l ments finis lin aires qui sont eux m mes lump s 2 2 2 En m canique Trois types de mod lisations sont disponibles pour r soudre des probl mes de m canique non lin aire utilisant des lois de comportement classiques du type lasto plasticit e les l ments finis classiques isoparam triques 3D D PLAN C PLAN AXIS U3 14 01 U3 13 01 e les l ments sous int gr s 3D SI D PLAN SI C PLAN SI AXIS SI U3 14 01 U3 13 05 e les l ments s appuyant sur une formulation quasi incompressible
7. r ind pendamment la structure pour le calcul thermique et pour le calcul m canique e soit r aliser un maillage avec des l ments lin aires puis le transformer en maillage quadratique gr ce la commande CREA MAILLAGE mot cl facteur LINE QUAD Quelle que soit la m thode choisie on peut optimiser chaque maillage s par ment avec Homard gr ce aux indicateurs d erreur thermiques et m caniques disponibles dans Aster cf cas test forma05b V6 03 120 Manuel d utilisation Fascicule u2 01 Notions g n rales Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Versi Code Aster default Titre Notice d utilisation sur le choix des l ments fin Date 14 11 2009 Page 3 6 Responsable Sylvie MICHEL PONNELLE Cl U2 01 10 R vision 2113 Remarques 1 Cette remarque s adresse aux utilisateurs de GIBI qui avaient l habitude de mailler leurs structures avec des quadrangles ou des cubes et qui souhaiteraient basculer leur maillage vers des triangles ou des t tra dres En g n ral pour mailler avec des t tra dres au lieu de cubes il ne suffit pas de changer dans le fichier de commande OPTI DIME 3 ELEM CU20 par OPTI DIME 3 ELEM TE10 En effet un certain nombre de commandes GIBI sont sp cifiques aux cubes et ne fonctionnent pas pour mailler une structure avec des t tra dres ou ne donnent pas le r sultat escompt L utilisateur peut donc tre tent de garder
8. son fichier de commande initial et d utiliser la fin du processus de cr ation de maillage la commande CHAN TET4 pour faire le basculement Par exp rience nous d conseillons aux utilisateurs de faire ce choix pour plusieurs raisons Tout d abord sur certains maillages on a observ une non convergence de la solution lorsqu on utilisait un maillage de plus en plus fin obtenu par cette m thode En plus le changement n est effectif que sur le volume les mailles surfaciques sont toujours des quadrangles ce qui pose probl me pour imposer les conditions aux limites dans Aster Enfin pour mailler avec des TETRA10 il est n cessaire de passer par l tape TETRA4 puis de faire CHAN QUADRATIQUE Or ce changement pose probl me pour les SEG2 En cons quence avec GIBI il est important de mailler directement la structure avec les bons l ments quitte devoir r crire son fichier de commande On signale galement que dans certains cas GIBI n arrive pas mailler avec des t tra dres lorsqu on demande un raffinement important Il suffit alors de mailler grossi rement puis de raffiner le maillage de fa on uniforme ou non avec le logiciel Homard 2 On rappelle ici que toutes les grandeurs de type contrainte ou d formation sont calcul es aux points de Gauss et que tout passage aux n uds entra ne un biais Cela est d autant plus vrai lorsqu on cherche ensuite calculer des normes nous avons ainsi remarqu que les t tra dres
9. taient plus sensibles que les hexa dres la m thode de calcul des contraintes quivalentes par exemple Il faut donc avoir un il encore plus critique sur les r sultats calcul s aux n uds 2 2 La mod lisation Que ce soit pour la r solution des probl mes thermiques ou m caniques plusieurs mod lisations sont disponibles dans Code Aster Ces diff rentes mod lisations peuvent se distinguer par le nombre ou le type de degr s de libert le nombre de points d int gration des traitements particuliers En fonction du calcul r alis certaines sont bien s r plus adapt es que d autres 2 2 1 En thermique Pour faire du calcul thermique dans Code Aster deux types de mod lisations sont accessibles U3 23 01 U3 24 01 R3 06 02 R3 06 07 e les l ments finis classiques mod lisation 3D AXIS ou PLAN e les l ments finis lump s ou diagonalis s mod lisation 3D DIAG AXIS_DIAG ou PLAN _ DIAG Nous proposons comme choix par d faut mod lisation XXXX_DIAG avec l ments lin aires Manuel d utilisation Fascicule u2 01 Notions g n rales Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Versi Code Aster default Titre Notice d utilisation sur le choix des l ments fin Date 14 11 2009 Page 4 6 Responsable Sylvie MICHEL PONNELLE Cl U2 01 10 R vision 2113 Justification En thermique le pas de temps Af ne peut tre quelconque il doit v rifier une co
10. ter ainsi qu la note H bib1 Choix priori Le maillage Les l ments peuvent tre indiff remment e des l ments triangulaires ou des quadrangles en 2D e des t tra dres ou des hexa dres en 3D En effet contrairement l id e souvent r pandue les l ments de type triangle ou t tra dre donnent de bons r sultats m me en plasticit condition bien s r de ne pas utiliser un maillage trop grossier L avantage de cette famille d l ments c est qu elle permet d utiliser le logiciel HOMARD qui r alise l adaptation de maillages 2D 3D pour l ments finis de type triangulaire ou t tra drique par raffinement et d raffinement On peut ainsi obtenir le maillage optimum en fonction d un indicateur d erreur cf R4 10 011 R4 10 02 R4 10 03 ou le cas test TPLLO1j V4 02 01 pour une d monstration par appel la commande MACR ADAP MAIL dans le fichier de commande Code Aster En revanche il est conseill d utiliser e des l ments lin aires en thermique pour les calculs cha n s et les calculs de thermique transitoire rapide Pour les autres cas on peut aussi opter pour des l ments quadratiques e des l ments quadratiques en m canique Ce choix est d autant plus important lorsqu on r alise des calculs cha n s thermiques puis m caniques Il faut alors utiliser deux maillages diff rents pour la thermique et la m canique Deux strat gies sont alors possibles e __ soit maille
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