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DEVOIR DE CALCULS DE STRUCTURES N°1-1 Rédigé par BAYE, BOUTIANALA et NLEND Page

DEVOIR DE CALCULS DE STRUCTURES N°1-1 Rédigé par BAYE, BOUTIANALA et NLEND Page 1 TABLE DES MATIÈRES INTRODUCTION .......................................................................................................................... 2 1. GÉNÉRALITÉS SUR ANSYS ............................................................................................. 3 2. CAD INTÉGRATION .......................................................................................................... 3 3. ANSYS WORKBENCH ......................................................................................................... 4 3.1. DesignModeler - Le lien entre CAO et FEM ............................................................. 4 3.2. DesignXplorer - Optimisation de paramètre ................................................................ 4 3.3. Module Fatigue - Analyse de résistance à la fatigue .................................................... 5 CONCLUSION ................................................................................................................................. 5 BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................. 5 DEVOIR DE CALCULS DE STRUCTURES N°1-1 Rédigé par BAYE, BOUTIANALA et NLEND Page 2 INTRODUCTION La méthode des éléments finis est une méthode générale pour résoudre les problèmes industriels. Elle est actuellement appliquée dans des domaines très divers pour résoudre des problèmes de mécanique des solides et/ou de mécanique des fluides, des problèmes de thermique, d’électricité, d’électromagnétisme, etc. les outils actuels (progiciels industriels) permettent même de résoudre les problèmes ou ces phénomènes sont couplés. Cette méthode n’est cependant pas la seule (équations intégrales, différences finies sont aussi utilisées) à être proposée à travers des outils industriels, mais, en mécanique des solides, elle est actuellement très populaire à cause de sa (relative) facilité d’utilisation et de son très grand domaine d’application. Parmi les logiciels industriels disponibles sur le marché, on peut citer ABAQUS, ADINA, ANSYS, ASKA, CASTEM 2000, CASTOR, MARC, MEF, NASTRAN, SESAM, SYSTUS et quelques autres. Du point de vue pratique, l’utilisation de la méthode se fait à travers l’utilisation d’un logiciel. Un logiciel offre à l’utilisateur un certain nombre de possibilités à travers : une bibliothèque d’éléments, un ensemble d’algorithmes de résolution. Le modèle éléments finis est construit en utilisant les divers types d’éléments proposés et les simulations sont effectuées en utilisant les algorithmes disponibles. Parmi ces algorithmes, on trouve par exemple les résolutions en statique linéaire, en statique non-linéaire (flambement, grands déplacements, grandes déformations, comportement élastoplastique), en dynamique transitoire ou en régime permanant et les recherche de mode et de fréquences propres de vibration. ANSYS, un logiciel industriel parmi d’autre, est le code sur lequel s’est portée notre attention. En effet, comme nous le verrons, il est fortement intuitif et relativement facile à appréhender. Dans toute la suite, il fera l’objet de plus amples détails sur ses fonctionnalités et ses spécificités. Notons que pour des raisons de taille (qui doit être petite pour pouvoir être aisément transférables) de ce rapport, nous avons proscris un grand nombre les images en lien avec le code présenté. DEVOIR DE CALCULS DE STRUCTURES N°1-1 Rédigé par BAYE, BOUTIANALA et NLEND Page 3 1. GÉNÉRALITÉS SUR ANSYS ANSYS, avec ces 90 000 installations commerciales dans 8 900 sociétés, représente 25% du marché mondial du calcul FEM (Finite Element Method, en français Méthode par Éléments Finis). ANSYS ne s’est pas seulement établi comme une solution efficace dans les secteurs classiques de la simulation comme l’automobile, l’aviation civile, l’industrie spatiale ou la construction de machine mais également dans les branches plus récentes comme la microtechnique, la microélectronique ou l’industrie médicale. ANSYS couvre par ses caractéristiques multi-physiques pratiquement toutes les disciplines de la simulation numérique FEM à savoir le calcul statique, dynamique, de choc/chute, structurel, thermique, électromagnétique, électrostatique, piézoélectrique, d’écoulements (CFD), d’optimisation topologique mais également d’acoustique, de matériaux composites etc. Chaque physique pouvant être de plus couplée l’une à l’autre. Le nouvel environnement ANSYS Workbench (espace de travail en français) permet un calcul associatif avec la CAO (transfert direct des géométries et pilotage des paramètres géométriques depuis ANSYS supportés sont Pro/E, Catia v4 et v5, UG, Solidworks, Inventor, SolidEdge, MDT, Parasolid, SAT). Par la suite, nous parlerons des concepts et des aptitudes du code ANSYS. 2. CAD INTÉGRATION ANSYS propose le calcul couplé de plusieurs phénomènes physiques agissant simultanément, par exemple, l’interaction fluide-structure ("Multiphysics Solution"). Avec Workbench, une nouvelle plate-forme de calcul, ANSYS a rendu possible l'intégration de la simulation très tôt dans le processus de développement et la construction de nouveaux produits. D’autre part, au sein du code ANSYS, le processus d’analyse d’un problème peut être divisé en trois (03) phases distinctes : o La modélisation numérique : construction d’une représentation numérique d’une partie ou du système étudié. o La simulation : mise en place des matériaux, forces et contraintes. Spécification du type d’analyse et détermination qualitative des résultats. o L’optimisation : détermination des réglages optimaux pour les paramètres propres au système. DEVOIR DE CALCULS DE STRUCTURES N°1-1 Rédigé par BAYE, BOUTIANALA et NLEND Page 4 Par la suite, nous nous attarderons sur ANSYS Workbench, le nouvel espace de travail du code ANSYS (disponible à partir de la version 10). 3. ANSYS WORKBENCH ANSYS couvre quasiment tous les domaines d’utilisation de la simulation FEM dans les domaines de la mécanique des structures, des fluides, mais aussi de l’électromagnétisme. D’un point de vue pratique, l’utilisateur dispose de l’environnement ANSYS Workbench en plus de l’interface classique du logiciel (spécifique aux versions antérieures). Workbench est le premier représentant d’une nouvelle génération d’environnements programmables et est la référence en ce qui concerne: o L'automatisation des différentes phases de calcul (Ex : le maillage, la définition des contacts, la génération de rapports, etc.), o l'intégration CAO, o les performances de calcul et la qualité des résultats, o l'intégration d'autres logiciels et d'autres types de calcul (Ex : MBS) Ces points sont de véritables atouts pour ANSYS vis-à-vis de la concurrence. En effet, l'environnement Workbench permet, en plus des avantages cités, d'obtenir rapidement des résultats de haute qualité. En plus des modules de base pour le calcul, ANSYS propose des solutions « Add-On », qui aident l’utilisateur de manière élégante et efficace dans son travail quotidien. 3.1. DesignModeler - Le lien entre CAO et FEM DesignModeler est un module intégré à l’environnement Workbench offrant une large palette d’outils pour la création et l’adaptation de géométrie en vue d’un calcul FEM. 3.2. DesignXplorer - Optimisation de paramètre Lorsque la robustesse d'un modèle est importante, les études de sensitivité menées avec DesignXplorer permettent à l’utilisateur de mesurer l’influence de différents paramètres sur un résultat et de tirer des conclusions en vue d'une optimisation. DEVOIR DE CALCULS DE STRUCTURES N°1-1 Rédigé par BAYE, BOUTIANALA et NLEND Page 5 3.3. Module Fatigue - Analyse de résistance à la fatigue Ce module permet le calcul du comportement de pièces sous des charges cycliques constantes ou variables. Mis en relation avec les normes FKM, ce module permet une entrée en matière simple dans le calcul de résistance à la fatigue de pièces massives. CONCLUSION En conclusion, force est de noter toute la simplification qui est mise en place par le code ANSYS pour une étude de modélisation d’une manière globale. Cependant, la langue anglaise n’étant pas une formalité pour l’ensemble des membres, nous avons rencontré des difficultés plus ou moins prononcées dans l’apprentissage du code. Néanmoins, son caractère intuitif nous a tout de même permit d’enrichir nos connaissances sur ce code. Par la suite, les travaux pratiques que nous aurons à faire ne manqueront pas d’améliorer notre « maîtrise » du logiciel et d’affiner notre efficacité dans les calculs sur les structures, notamment dans la modélisation. BIBLIOGRAPHIE o Kent L. LAUWRENCE, ANSYS Workbench Tutorial, SDC publication. o www.wikipedia.org o www.spaceclaim.com uploads/Industriel/ tp1-by-sir-eric-2011.pdf