Information simulation mécanique par MEF Catia

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Bonjour à tous,
 
J'effectue actuellement mon stage en Angleterre, la société pour laquelle je travaille souhaiterait que je fasse la modélisation et l'analyse mécanique d'une voûte catalane. Cependant je n'ai reçu aucune formation pour l'usage de l'atelier Generative Structural Analysis. 
Ainsi je me permets de vous écrire afin de solliciter votre aide.
Première question qui peut sembler bête, connaissez vous cet atelier de Catia?
 
La voûte catalane que je dois étudier est composé de 3 couches de tuiles minimum qui sont maintenu entre elles grâce à un mortier.
Ma première question est : Devons nous modéliser le mortier, parce qu'il joue un rôle important dans la reprise des efforts, ou son action sur les tuiles n'est que de "coller" celle-ci entre elle? Si non, nous pouvons l'exclure de l'analyse. (A travers un document j'ai pu lire l'affirmation suivante : 

Le rôle du liant comme garant de la cohésion est tenu pour négligeable car c’est l’élément le plus susceptible de variations au cours du temps. Il n’est donc pas pris en compte dans les analyses mécaniques et les calculs même s’il est très important pour une distribution homogène et régulière des charges. Et-elle correcte?)

 

Au contraire si le mortier a une grande influence sur l'analyse de la structure comment pouvons nous modéliser celui-ci? Comment pouvons nous modéliser les interactions entre le mortier et les tuiles?

 

Ma voûte étant constitué de plusieurs couché de tuile est-il préférable de créer un modèle représentant la réalité (c'est à dire une voûte créer avec les tuiles que nous pouvons voir clairement) ou est il plus simple de créer un modèle uniforme (c'est à dire un solide ayant les mêmes dimensions qu'une voûte créer avec plusieurs couches). J'aimerais savoir si l'erreur que nous faisons en créant un modèle uniforme est négligeable ou non. 

 

Si nous devons créer une voûte composé de toutes les tuiles nécessaires à sa fabrication, pouvons nous créer un maillage spécifique? (Ceci afin d'éviter de faire un assemblage de toutes les tuiles qui sera long et fastidieux).

-       

      Savez vous si il était possible d'afficher sur catia, dans l'atelier Generative Structural Analysis, les lignes de pression/ Thrust ligne en anglais d'une structure. (Ou quelque chose de similaire)

Grâce ces lignes nous pouvons savoir si notre structure sera résistante ou s'effondrera.
Si dessous le lien explique plus en détail l'importance de pression.
 
J'espère que vous pourrez me donner quelques réponses à mes nombreuses questions, qui j'espère sont claires.
 
Je vous remercie d'avance pour votre réponse et d'avoir pris de votre temps pour lire mon message.
 
Cordialement,
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Bonjour je n'ai pas l'atelier GSA mais en premier lieu tu doit vérifier que tu a tous les modules.

par exemple si tu n'a pas Generative Assembly Structural Analysis tu ne pouras pas simuler d'assemblage.

Ci dessous un extrait de la doc GSA CatiaV5

Atelier Generative Structural Analysis en bref

L'atelier Generative Structural Analysis  vous permet de procéder rapidement à l'analyse mécanique de premier ordre des systèmes 3D.

Cet atelier est composé des produits suivants :

 

Le produit Generative Part Structural Analysis (GPS) s'adresse à l'utilisateur moyen. En effet, son interface intuitive permet d'obtenir des informations sur le comportement mécanique avec très peu d'interactions. Les boîtes de dialogue sont explicites et ne requièrent pratiquement pas de méthodologie car les étapes de définition peuvent être effectuées dans n'importe quel ordre.


Le produit ELFINI Structural Analysis est une extension du produit ci-dessus qui repose entièrement sur l'architecture de la Version 5. Il constitue la base du développement d'outils d'analyse mécanique à venir.


Le produit Generative Assembly Structural Analysis (GPS) constitue une extension très utile de Generative Part Structural Analysis qui permet d'étudier le comportement mécanique d'un assemblage entier. Il a été conçu avec le même respect des principes de "pédagogie" et de "convivialité".


Le produit Generative Dynamic Analysis (GDA) permet de travailler dans une contexte de réponse dynamique.

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Re bonjour franck.ceroux.

 

Il semblerait que vous puissiez répondre à toutes mes questions et j'en suis ravi.

J'ai l'atelier GSA sans aucune hésitation. Mais pas l'atelier EST ELFINI Structural Analysis.

Je peux lire qu'il semblerait que GSA soi un module "simplet" si je puis dire. Cependant je pense que je peux faire de très bonne simulation avec non?

Après n'étant pas ingénieur en calcul de structure, mais stagiaire je pense que mon entreprise accepteras que je ne lui donne pas la réponse parfaite. Dans un permier temps cela leur permettra d'avoir des ordres de grandeurs je pense.

Cordialement,

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Sur la pratique de l'atelier GSA, je ne l'ai pas non plus et cela fait plus de 10 ans que je n'y ais pas touché. Donc sur ce point là, désolé mais je ne serai pas d'une grande utilité.

 

Sur la nécessité de modéliser le mortier, je dirai que s'il ne sert que de colle et que son épaisseur est petite comparée à celle de la voute, ce n'est pas la peine de le modéliser (cas du collage classique entre 2 pièces métalliques par exemple).

Si l'épaisseur est plus importante, alors il y a un risque de cisailement dans l'épaisseur. Dans ce cas, il n'est pas forcément nécessaire de modéliser le mortier mais il faut au moins pouvoir récupérer les efforts pour pouvoir vérifier la tenue. Comme je ne sais plus si c'est possible avec Catia, il est peut-être plus rapide de le modéliser et de lier les surfaces de contact.

Ceci doit répondre également à la question de la simplification par un volume unique représentant l'ensemble de la structure. Cette hypothèse n'est juste que si tu es sûr qu'il n'y a pas de glissement entre les différentes couches. Autrement dit, que le collage est "parfait".

 

Obtenir les lignes de pression est, à priori, possible puisque les résultats en contraintes sont exprimés en unité de pression (MPa généralement). Pour avoir les résultats dans l'épaisseur de la matière, il vaut mieux passer par un maillage volumique. Attention dans ce cas là à avoir au minimum 3 éléments dans l'épaisseur de la voute (sinon Catia peut donner des résultats très éronés).

 

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Bonjour à tous,

Chamade merci pour ta réponse. C'est bien ce que je pensais pour le mortier.

Ma voûte étant très particulière son épaisseur est très faible environ 40 à 50 cm pour une voûte ayant une envergure de 4 à 5m (oui j'ai bien dit mètre).

Donc non l'épaisseur de mortier ne devrait pas être très importante, si on mets 5 mm d'épaisseur pour une tuile qui en fait 20 je trouve que c'est pas mal déjà.

Alors pour le glissement je ne suis pas sur. Je pense que nous ne devrions pas en avoir sinon la voûte s'écroulera. Je vais essayer de me renseigner auprès de quelqu'un.

 

Donc vous pensez que Catia pourrait me donner un la ligne de pression, auriez vous une petite piste pour "activer cette fonction"? (Parce que je ne peux que voir les déformations, contraintes et Von mises, contraintes principales, donc est ce caché quelque part?)

Par contre je ne comprends pas ce que vous voulez dire par 3 élèments dans l'épaisseur? C'est à dire 3 "objets" différents (donc mes 3 couches de tuiles?).

Cordialement,

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Si tu mets 5 mm de mortier tous les 20 mm (il n'y a pas l'unité dans ton message), ça fait que le mortier occupe 20% du volume total. Ce n'est pas vraiment négligeable.

Pour que la voute tienne, il faut effectivement qu'il n'y ait pas glissement entre les tuiles. La question est de savoir si tu es sûr que le mortier va résister au contraintes de cisaillement qui vont s'appliquer dessus. Si c'est le cas, pas de problème. Sinon, tu ne pourras pas l'analyser avec un modèle simplifié avec un seul volume.

 

Concernant les lignes de pression, ce sont les "trajectoires" sur lesquelles il y a le plus d'efforts, et donc de contraintes. L'affichage des contraintes de Von Mises, par exemple, doit donc donner le bon résultat. Catia permet peut-être d'avoir un affichage en isobarre pour l'avoir sous forme de courbes.

Pour le nombre d'éléments, il faut que pour chaque volume distinct du modèle (ex : chaque tuile si elles sont modélisées séparément), le maillage du MEF (modèle éléments finis) présente au moins 3 éléments (cubique, tétraèdre, ...) dans l'épaisseur.

Exemple : pour une tuile de 21 mm d'épaisseur, il faut qu'il y ait au minimum 3 éléments de 7 mm dans l'épaisseur (sur toute la surface et pas juste sur le bord).

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Re-Bonjour Chamade,

Pardon oui c'est bien 20 mm et j'ai oublié.
Après concernant l'épaisseur de mortier je me suis avancé un peu trop vite. Je ne pourrais vous dire qu'elle va être l'épaisseur que l'entreprise va vouloir utiliser.

Mais ils vont essayer d'utiliser une quantité optimale afin de ne pas avoir de gaspillage. (Je remets l'entreprise dans son environnement. C'est une entrerprise de recherche dans de nouveau matériau plus respecteux de l'environnement. Afin de rendre le monde de la construction moins polluant. Par exemple ils veulent utiliser des tuiles ne contenant pas ou très peu de ciment, idem pour le mortier. Donc lors de la construction ils vont faire en sorte d'utiliser sans gaspillage le mortier).

Concernant le glissement entre les tuiles, donc si le mortier est assez résistant ou non, je suis incapable de vous répondre. Pour le moment les échantillons sont en test et j'attends le compte rendu des essais.
Mais je pense (hypothèse encore) qu'ils cherchent à obtenir un mortier avec les meilleures propriétés mécaniques possible sans ou peu de ciment. Donc il devrait résister au contrainte de cisaillement. (Au moins vu m'avez bien sensibilisé à ce problème de résistance au cisaillement)

Concernant la ligne de pression je vais voir l'idée des lignes isobares. 

D'accord donc si j'ai bien compris il faut que le maillage soit assez fin pour que nous puissions avoir 3 mailles dans l'épaisseur?

Pour information à ce stade ma voûte n'est construite que d'un seul bloc  par couche, je n'ai pas modélisé la voûte par l'assemblage successif des tuiles (cela risque de faire un fichier très lourd vu qu'il doit avoir à minima 1250 tuiles pour la plus petite voûte). 

Est-il cependant préférable que je modélise la voûte de manière la plus réel ou ma modèlisation peut être acceptable? (Je suis conscient que je vais faire une approximation de la structure donc une "erreur" mais qui peut être acceptable).

Cordialement,

 

 

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Pour la question du nombre d'éléments, c'est effectivement un problème de finesse de maillage.

L'hypothèse de créer chaque couche en monobloc et non tuile par tuile ne me choque pas. Une voute bien conçue doit effectivement tenir seule en place sous son propre poids par contact. Dans le cas de structure très fines comme ici, un calcul de flambage peut toutefois être une bonne idée pour se rassurer.

D'ailleurs, comme chaque couche de tuile est très fine par rapport à sa portée, un modèle volumique n'apporte peut-être pas grand chose. Sauf si l'épaisseur totale des différentes couches est modélisée dans un volume unique.

Si on ne prend en compte qu'une couche de tuile, l'écart de contraintes entre la face inférieure et supérieure ne doit pas être très important. Une modélisation surfacique serait alors bien plus efficace.

Tout modèle de calcul contient de toute façon certaines simplification. C'est aussi pour cela que l'on prend des pondérations et des coefficients de sécurité sur les efforts, contraintes, ... Après, pour quantifier les écarts entre 2 types de modélisation (ex : couche monobloc ou tuile par tuile), il est possible de faire une comparaison sur 2 modèles de taille réduite (ex : 1m x 1m). La charge appliquée dans ce cas importe peu. Ce qu'il faut regarder, c'est le rapport entre les résultats.

 

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Bonjour,

Je pensais créer un modèle volumique parce que si nous avons 3 couches, celles-ci auront une orientation différente à savoir 0°, 45° et 90°.

Quand vous pensez à un modèle surfacique pensez vous à une modèle créer grâce à l'atelier Generative shape Design ou avec Advanced Meshing Tool?

Cordialement,

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L'orientation des couches doit être gérée directement dans les propriétés des éléments. Mais cela n'impose pas d'avoir un modèle volumique.

Pour faire un modèle surfacique, il s'agit de créer une surface moyenne entre la face supérieure et inférieure. Ensuite, le maillage est réalisé avec des éléments de type coque. Ce sont eux qui contiennent l'information d'épaisseur.

Rien n'interdit ensuite de superposer plusieurs couches. Un modèle surfacique sera calculé bien plus rapidement qu'un modèle volumique. En revanche, il sera un peu moins précis si l'on veux étudier des phénomènes très proches d'une face extérieure. Mais en règle générale, sur un MEF, il vaut mieux éviter de regarder ce qu'il se passe trop près des conditions aux limites.

Pour ce qui est de la pratique du logiciel, comme je l'ai déjà dit, ça fait trop longtemps que je n'ai plus pratiqué.

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Bonjour Chamade,

Désolé de répondre aussi tard mais j'ai essayé la solution de faire une modèle surfacique.

Pour cela j'ai utilisé les ateliers Generative shape Design et Advanced Meshing Tool. Le premier pour définir la géométrie pour le deuxième pour le maillage. Puis j'ai fais l'analyse en utilisant l'atelier GSA.

Cela ma permis de faire la comparaison entre mon modèle 3D et surfacique. Dans les 2 modèles les voûtes possèdent les mêmes dimensions et ne sont soumises que à la gravité.

Pour info les voûtes ont une surface de 3m² (surface de l'extrados). 

Le matériau est du béton classique, pris dans la bibliothèque de catia.

J'ai pu faire les constats suivants :

Le modèle surfacique est calculé plus rapidement, environ 5 minutes.

Le modèle volumique 5 heures.

Pour les 2 modèles j'obtiens comme déplacement maximale 0.0269 mm (3D) et 0.026 mm (surfacique).

Par contre j'ai une différence pour les contraintes de Von Mises.

En volumiques nous avons 0.259 MPa (soit 2.59E5 N/m²), en surfacique 0.199 MPa (soit 1.99E5 N/m²).
Ce qui fait que nous avons une différence de 0.060 MPa. Ce qui nous donne environ 17.7 tonnes.

N'ayant pas d'expérience/ recul sur ce type de d'analyse, selon vous cette différence est-elle acceptable ou au contraire significative. Qu'elle permet de montrer que l'un des modèles est plus précis, ou que j'ai fait une erreur dans mes hypothèses de départ.

Pour moi je suis surpris de cette différence et je me demande si je ne me suis pas trompé quelque part (Car mes voûtes ont une envergure de 3000 mm, 40 mm d'épaisseur, et une longueur de 1000 mm, et j'ai un Delta de 17.7 tonnes. Des tonnes! (A moins que je me sois trompé dans la conversion d'unités).
 

D'avance merci pour votre retour,

Cordialement,

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Bonjour,

Pas la peine de t'excuser? Ce n'est pas moi qui ait le problème. Donc pas moi qui attend.

 

Sinon, les 2 résultats me semblent tout à fait corrects et comparables. 0.06 MPa d'écart, c'est à peu près négligeable. Cela vérifie donc que le modèle surfacique est bien plus efficace.

Du coup, j'avoue ne pas bien comprendre d'où vient ce résultat de 17.7 tonnes. Pourrais-tu détailler comment tu en arrives là ?

Serait-il également possible d'avoir quelques vues pour mieux se rendre compte où se trouve l'écart ?

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Bonjour,

Je m'explique pour les 17.7 tonnes (Je prends des valeurs arrondis par contre) :

J'ai une différence de 0.06 E5 N/m², soit 0.06 N/mm².

J'ai une surface de 3 000 000 mm².

Nous avons une contrainte Sigma en MPa, et j'utilise la formule.

Sigma = F/S.

F = Sigma*S = 0.06 * 3 000 000 = 180000 N

Or 1 kg = 10 N (ou plus précisémment P=m*g).

m= 180000/10 = 18 000 kg, soit 18 t.

 

Comment je peux insérer une photo sur le formule, je n'arrive pas à les prendre directement de mes documents.

En avance la différence se situe essentiellement aux niveaux des liaisons encastrements, c'est à dire là où la voûte va s'appuyer sur les murs. (Extrémités gauche et droite de la voûte). 

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C'est bien ce que je m'étais dit. Mais ce raisonnement ne pourrait être vrai que si la voute est en appui sur toute la face inférieure. Avec les images il sera certainement possible d'en dire plus.

Pour joindre tes images, met les dans un word ou un PDF et poste le en pièce jointe dans ta réponse.

 

Tu dis que tu es en stage. C'est un stage de quoi au juste ? Dans le cadre de quelle formation ?

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Je suis en stage dans le cadre de mon cursus en école d'ingénieur. Afin d'obtenir mon diplôme je dois effectuer un stage à l'étranger. Après l'intituler exacte je ne pourrais vous le dire exactement, l'entreprise étant très très petite (6 personnes) on fait un peu de tout.

Même si c'est un peu particulier vu que je suis apprenti en même temps pour Constellium.

Je suis en PMOM (Procédé et Mise en Oeuvre des Matériaux) à l'Université de Technologie de Troyes (UTT), c'est une formation par alternance (2s en entreprise/ 2s en cours).

J'ai mis en pièce jointe un pdf avec les captures d'écran et une petite question à l'intérieur.

Merci pour l'aide en tout cas.


capteurs_image_voute.pdf
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J'ai trouvé une réponse à un de mes problèmes :

Il manque des conditions aux limites en déplacement, et donc la matrice est singulière : il subsiste des mouvements de solides rigides. Le système linéaire ne peut donc pas être résolu. 
Catia permet de visualiser les mouvements qu'il faudrait bloquer : 
cliquer droit sur solution statique (ou autre)/Génération d'image/Translation aux noeuds -> pour chaque composante, regarder si le solide se barre dans une direction. 

Normalement, si on modélise bien du premier coup l'environnement du système, il ne doit pas y avoir de modes de corps rigides.

 

Je suis cependant bien embêté, c'est le voussoirs du milieu (ou la clé de voûte) qui pose problème. Celle-ci pourrait être en mouvement. Ce qui est fort possible. 

Dans la réalité celle-ci n'est que en contact avec les autres voussoirs elle ne possède pas de liaison encastrement ou autre avec les autres pierres.
Comment puis je résoudre mon problème de "matrice singulière"? Dois je rajouter des liaisons d'encastrements aux joints des pierres ou non?
 

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J'ai trouvé une réponse à un de mes problèmes :

Il manque des conditions aux limites en déplacement, et donc la matrice est singulière : il subsiste des mouvements de solides rigides. Le système linéaire ne peut donc pas être résolu. 
Catia permet de visualiser les mouvements qu'il faudrait bloquer : 
cliquer droit sur solution statique (ou autre)/Génération d'image/Translation aux noeuds -> pour chaque composante, regarder si le solide se barre dans une direction. 

Normalement, si on modélise bien du premier coup l'environnement du système, il ne doit pas y avoir de modes de corps rigides.

 

Je suis cependant bien embêté, c'est le voussoirs du milieu (ou la clé de voûte) qui pose problème. Celle-ci pourrait être en mouvement. Ce qui est fort possible. 

Dans la réalité celle-ci n'est que en contact avec les autres voussoirs elle ne possède pas de liaison encastrement ou autre avec les autres pierres.
Comment puis je résoudre mon problème de "matrice singulière"? Dois je rajouter des liaisons d'encastrements aux joints des pierres ou non?
 

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J'ai finalement testé quelque chose qui semble fonctionner.

J'ai utilisé la fonction qui s'appelle "Propriété de connexion soudée".
Et cela me permets de résoudre mon problème de matrice singulière et j'obtiens des résultats similaires aux autres modèles.

Exemple : J'ai 0.205 MPa avec ce modèle contre 0.199 MPa pour le modèle surfacique.
Après lequel est le plus correct c'est une sacré question, qui devra surement être vérifié par un petit test réel. 

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J'ai finalement testé quelque chose qui semble fonctionner.

J'ai utilisé la fonction qui s'appelle "Propriété de connexion soudée".
Et cela me permets de résoudre mon problème de matrice singulière et j'obtiens des résultats similaires aux autres modèles.

Exemple : J'ai 0.205 MPa avec ce modèle contre 0.199 MPa pour le modèle surfacique.
Après lequel est le plus correct c'est une sacré question, qui devra surement être vérifié par un petit test réel. 

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Bonjour,

Je te confirme qu'il ne faut pas tenir compte de ces valeurs maxi et qu'il n'y a absolument pas 18 tonnes de charges en plus entre les 2 modèles.

Tout d'abord, comme je l'ai déjà dit, il ne faut pas prendre les résultats d'un MEF au niveau des conditions aux limites (encastrement en l'occurence). Cela crée des surcontraintes numériques qui ne sont pas réelles.

D'autre part, avoir moins de 1 MPA de différence entre 2 modèles n'est pas significatif non plus.

 

Pour le calcul des contraintes, tu as du entendre dire que le chargement dans une section se décompose en effort normal et tranchant et en moment. Pour obtenir les 18 tonnes, tu as considéré qu'il y a un effort de compression sur toute la surface de la voute. Or, tu es ici sur un problème de flexion entre 4 points. Ce qui n'est pas du tout pareil.

 

Pour la question de l'assemblage, il faut que tous les morceaux soient "collés" entre eux pour que le calcul fonctionne. Mais je crois effectivement que les contraintes d'assemblage ne sont pas converties automatiquement dans l'atelier de calcul. Il faut refaire des liaisons.

 

Après, il ne faut pas s'étonner d'avoir de léger écarts d'un modèle sur l'autre. Modifier légèrement le maillage impactera forcément le résultat. Il ne faut pas oublier que ce n'est qu'un modèle et qu'il y a une part d'incertitude intrinsèque. On ne peut pas dire qu'un modèle soit plus exact que l'autre dans ce cas.

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