Je réalise des essais normés sur des vantaux d’ascenseur et rencontre un problème lors de la modélisation sous SolidWorks Simulation statique. Voici les détails de mes essais réels :
1er essai :
Une force de 300 N est appliquée au centre de la tôle, répartie sur une surface de 5 cm².
La déformation élastique mesurée est de 15 mm, suivie d’un retour en place avec une déformation permanente de 1 mm.
2ème essai :
Une force de 1000 N est appliquée au centre de la tôle, répartie sur une surface de 100 cm².
La déformation élastique est d’environ 35 mm, avec un retour complet sans déformation permanente.
En modélisant ces essais dans SolidWorks, avec des encastrements aux extrémités et une force appliquée au centre sur la surface de contact, je m’attendais à obtenir des contraintes plus élevées dans le premier essai (300 N / 5 cm²) que dans le second (1000 N / 100 cm²), en raison de la répartition des charges. Cela correspond d’ailleurs aux observations réelles, où l’essai 1 entre dans la zone plastique du matériau, tandis que l’essai 2 reste en zone élastique.
Cependant, après avoir calibré ma simulation, je constate une contrainte plus élevée pour le 2ème essai (donc une déformation permanente), ce qui est contre-intuitif et non cohérent avec les résultats réels. Et ce, même lorsque les deux résultats sont en dessous de la limite élastique, l’essai 2 montre une contrainte plus importante.
Je me demande si je devrais utiliser un module de simulation statique non linéaire. Pourquoi le module statique classique ne serait-il pas valable, même en restant sous la limite élastique ? Si quelqu’un a des pistes pour expliquer ce comportement, je suis preneur.
Ce qui choque mon intuition, c’est que, pour une même géométrie/matériau de la pièce, vous attendiez une contrainte plus faible avec un effort multiplié par plus de 3…
Même s’il y a un changement des dimensions de la zone de charge, cela semble surprenant d’un point de vue théorique, puisqu’on semble être face une poutre (?) encastrée à ses deux extrémités, soumise à un effort « tranchant » centré.
Encore plus surprenant si les résultats des essais confirment ce paradoxe.
Sauf s’il s’agit d’une tôle mince, et que la déformation consiste en un « poinçonnage » de la zone de chargement…
Pour tenter d’identifier le problème, il faudrait partager vos données, géométrie de la pièce, matériau, et résultats des essais pratiques, en particulier la position de la zone déformée de façon permanente.
Le souci vient des conditions aux limites qui ne reflètent pas votre essai.
Je ne pense pas que vous ayez soudés votre tôle sur une structure infiniment rigide.
Donc il ne faut pas mettre d’encastrement des 2 cotés : Cela sur rigidifie grandement votre modèle car cela limite la flexion vu que les2 extrémités ne peuvent bouger.
Il faut encastrer un coté. et mettre des contraintes pour limiter les déplacements de la tôle dans le sens perpendiculaire à l’effort de l’autre.
Perso je ne contraindrait qu’une arête ou sinon vous faites une surface locale pour contraindre le déplacement sur cette surface limitée.
Si la porte est en appui simple des 2 cotés l’idéal c’est de faire la simulation avec la porte + 2 pièces d’appui et de gérer les contacts (calcul beaucoup plus long avec la gestion des contacts par contre).
En effet, il y a un facteur d’environ 3 entre les deux forces, mais elles sont appliquées différemment. La force de 300 N est répartie sur une surface de 5 cm², ce qui correspond à une pression de 0,6 MPa, tandis que les 1000 N sont répartis sur 100 cm², générant une pression de 0,1 MPa sur la tôle. Je vous joins les caractéristiques que j’ai utilisées :
Matériau : Acier DX51D
Géométrie : la tôle a une épaisseur de 1,2 mm. Les autres dimensions sont : largeur 23,3 mm, longueur 290 mm, hauteur 2010 mm.
Les résultats des tests réels se trouvent ci-dessous. Comme je ne peux inclure qu’un seul fichier à la fois, je vous les enverrai en plusieurs envois. (vous verrez également comment est plié la tôle)
Bonjour,
merci pour votre réponse.
Je peux en effet utiliser la fonction déplacements imposés pour cela, mais si je comprends bien, vous bloquez les déplacements perpendiculaire à la force, mais qu’en ai t’il des déplacements dans le sens de la force ?
Excusez moi pour le malentendu. Je voulais dire bloquer les déplacements dans le sens parallèle à l’effort et non dans le sens perpendiculaire (ou là il faut justement laisser de la liberté à la tôle pour se déplacer).
Les photos d’essais ne montrent pas comment est tenue votre tôle.
C’est cela qui vous déterminera les conditions à appliquer en haut et en bas.
Il y a de fortes chances pour que ce soit juste des appuis simple (avec éventuellement une pince pour éviter que la tôle puisse se déplacer latéralement).
Ok merci c’est ce qu’il me semblait, j’ai donc modélisé cela. Par contre mes résultats m’indiquent toujours une contrainte plus élevée pour l’essai numéro 2, alors que ce n’est pas le cas dans les essais réelles…
D’accord avec @froussel pour la modélisation par des appuis simples au niveau des deux arêtes aux extrémités du vantail, probablement guidé dans une rainure (et par des galets ?). Contacts plus réalistes que les encastrements.
Pour modéliser, il suffit de sélectionner les arêtes et de les contraindre avec des déplacements nuls, dans les trois directions pour l’une d’entre elles, et perpendiculairement à la surface pour la seconde.
Le changement du type d’appui ne change pas mon intuition : le fait de multiplier l’effort pas 3.3 provoquera une déformation et une contrainte plus importante avec 1000 N qu’avec 300 N.
Le fait que la surface d’appui passe de 5 à 100 cm² (diamètre de l’appui de 25 mm ou 113 mm) ne change pas fondamentalement les choses, simplement le facteur d’accroissement des contraintes (ou des déplacements) sera un peu inférieur à 3.3.
J’ai effectué une simulation du vantail avec la section de votre schéma et son épaisseur, sans aucun renfort. Conclusion : dans les deux cas la limite élastique (290 MPa ?) est dépassée, de 45% dans le premier cas, très localement, et de 155% dans le second (1000N), de façon plus étendue.
Ce qui signifie qu’il y a des déformations permanentes dans les deux cas. Une simulation de statique linéaire ne permet pas d’en connaître les valeurs…
Une interrogation pour finir : il est légitime de douter de la simulation si les résultats sont très différents de la réalité mesurée. Mais les conditions de l’essai réel peuvent aussi être mises en cause : précision de la mesure (apprécier le mm avec un mètre à ruban !), en quel du point du vantail, quelle référence pour l’origine de la mesure (un vantail voisin ?), déplacements éventuels au niveau des appuis…
@m.blt D’accord, je vous remercie pour ces précisions mais je n’arrive pas bien a comprendre pourquoi la surface d’appui ne joue pas un rôle majeur sur la contrainte obtenu. Bien que le force est été multiplié par 3.3, la surface d’appui elle est multiplié par 20. Et c’est elle qui tend la contrainte du deuxième essai à diminuer. σ=F/S donc pour l’essai à 300N/5 cm², nous sommes à 60N/cm² et pour l’essai à 1000N/100cm² à 10N/cm² ce qui pour moi change considérablement les choses. La contrainte locale sera beaucoup plus concentré pour l’essai à 300N. Si je résume ; pour moi l’augmentation de la surface atténue beaucoup plus l’augmentation de la force.
PS : Je confirme qu’il sera nécessaire à l’avenir de faire mieux qu’un ruban pour les essais réelles si nous voulons vraiment comparer !
Bonjour,
Veillez à ne pas confondre la pression extérieure et la contrainte interne à la pièce, qui résulte essentiellement de sa flexion autour des deux directions de sa surface (x et z).
Sur la poutre illustrée ci-dessous, la pression est plus faible avec 1000 N sur 100 cm² qu’avec 300 sur 5 cm², mais l’effort résultant est 3.3 fois plus important, le moment fléchissant également, et la contrainte maxi suivant x également.
Le problème est un peu plus complexe dans le cas du vantail puisqu’il s’agit d’une coque (2D) et non d’une poutre, mais le principe demeure…
Je me permets d’ajouter que le sens de laminage de la tôle ainsi que des tôles issues d’une coulée différente sont des facteurs qui peuvent changer les résultats en essai réel.
J’ai déjà fais la comparaison réel/statique sur des cuves inox, les résultats était cohérents mais le déplacement était souvent plus prononcé en numérique qu’en réel, avecc des facteur négligés tel que ZAT, laminage, rayon de pliage etc…
