Aller au contenu

Conditions aux limites et chargements

Dans FrontISTR, les conditions aux limites et les chargements des analyses structurales, thermiques et dynamiques sont définis par des mots-clés. En analyse structurale statique, les conditions aux limites et les chargements définis sont regroupés par ID de groupe et activés à chaque étape via !STEP, au moyen de sa ligne BOUNDARY ou LOAD. En analyse dynamique également, !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION ainsi que !SPRING pour la méthode implicite peuvent être activés par groupe depuis !STEP. Les conditions variant dans le temps sont mises à l'échelle à l'aide de !AMPLITUDE, et les relations linéaires entre plusieurs degrés de liberté sont définies avec !EQUATION.

Vue d'ensemble des fonctions

Les conditions aux limites et les chargements peuvent être classés par type d'analyse comme suit.

Type d'analyse Principaux mots-clés Utilisation
Analyse structurale !BOUNDARY Applique des blocages, des déplacements imposés et des rotations imposées autour d'un centre de rotation.
Analyse structurale !CLOAD Applique des forces nodales concentrées, des moments sur les degrés de liberté de rotation et un couple autour d'un centre de rotation.
Analyse structurale !DLOAD Applique une pression surfacique, des chargements de surface, des forces volumiques, la gravité et la force centrifuge.
Analyse structurale !SPRING Applique des appuis élastiques aux degrés de liberté nodaux.
Analyse structurale !TEMPERATURE Spécifie directement les températures nodales utilisées pour l'analyse thermoélastique ou les lit depuis un fichier de résultats.
Analyse dynamique !VELOCITY, !ACCELERATION Applique une vitesse ou une accélération initiale, ou une vitesse ou accélération imposée variant dans le temps.
Analyse de conduction thermique !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Applique une température imposée, un flux thermique, de la convection et du rayonnement.
Commun !AMPLITUDE Spécifie sous forme tabulaire les facteurs d'échelle variant dans le temps pour les conditions aux limites et les chargements.
Définition du maillage !EQUATION Définit des équations de contraintes multipoints.

En analyse structurale, les numéros de degrés de liberté 1, 2 et 3 correspondent normalement aux translations, et 4, 5 et 6 aux rotations. Les degrés de liberté de rotation ont un sens pour les modèles possédant six degrés de liberté, tels que les éléments de coque et de poutre. Pour les modèles ne contenant que des éléments solides bidimensionnels ou tridimensionnels, spécifier les contraintes et chargements uniquement dans la plage de degrés de liberté effectivement présente aux nœuds concernés.

Contraintes de déplacement en analyse structurale

Les contraintes de déplacement sont spécifiées avec !BOUNDARY. Une plage de degrés de liberté et une valeur sont données pour un nœud ou un groupe de nœuds. Une valeur de 0 définit un blocage, tandis qu'une valeur non nulle définit un déplacement ou une rotation imposé.

En analyse structurale, !BOUNDARY accepte une plage de degrés de liberté de 1 à 6. 1 à 3 correspondent aux déplacements de translation, tandis que 4 à 6 correspondent aux contraintes de rotation pour les nœuds possédant des degrés de liberté de rotation. Comme une plage de degrés de liberté peut être spécifiée en une fois, on peut par exemple bloquer simultanément 1 à 3 pour empêcher toute translation.

Lorsque le paramètre AMP est spécifié, la valeur imposée varie dans le temps selon une fonction d'amplitude. Avec la spécification normale, le déplacement imposé est appliqué de manière incrémentale en fonction du facteur de chargement dans l'étape ou de la variation de la fonction d'amplitude. Avec TOTAL=YES, la valeur spécifiée est traitée comme la valeur cible du déplacement total.

Lorsque ROT_CENTER est spécifié, une contrainte de rotation peut être appliquée par rapport à un groupe de nœuds servant de centre. Dans ce cas, les déplacements de translation du groupe de nœuds cible sont calculés à partir de l'angle de rotation puis imposés comme contraintes. La combinaison de ROT_CENTER et TOTAL=YES n'est pas prise en charge ; les contraintes de rotation autour d'un centre de rotation sont donc utilisées sous forme incrémentale.

Chargements concentrés en analyse structurale

Les chargements nodaux concentrés sont spécifiés avec !CLOAD. Lorsqu'un nœud ou un groupe de nœuds, un numéro de degré de liberté et une valeur de chargement sont fournis, le chargement est intégré au second membre pour ce degré de liberté.

Les valeurs spécifiées pour les degrés de liberté de translation 1 à 3 sont traitées comme des forces nodales dans les directions des coordonnées. Pour les modèles possédant des degrés de liberté de rotation, des valeurs spécifiées pour 4 à 6 permettent d'appliquer des moments sur ces degrés de liberté. Lorsque le paramètre AMP est spécifié, le chargement concentré est multiplié par la valeur de la fonction d'amplitude.

Lorsque ROT_CENTER est spécifié, le chargement est appliqué sous forme de couple autour du groupe de nœuds servant de centre. Dans ce cas, le vecteur de couple spécifié est réparti en forces nodales à partir des vecteurs de position reliant le centre aux nœuds cibles. Comme le couple ne peut pas être réparti si le centre et un nœud cible occupent la même position, il faut vérifier la relation géométrique entre le centre de rotation et les points de chargement.

Une attention particulière est nécessaire lorsque !CLOAD est spécifié pour un groupe de nœuds dans un modèle utilisant également !MESH avec REFINE (raffinement de maillage, Refiner). Le raffinement crée de nouveaux nœuds intermédiaires sur les arêtes appartenant au groupe de nœuds d'origine, et ces nœuds sont également ajoutés au même groupe. Comme !CLOAD applique la même valeur de charge concentrée à chaque nœud du groupe, cette charge est aussi appliquée aux nouveaux nœuds intermédiaires, ce qui conduit à une charge totale différente de celle prévue avant raffinement. Lorsqu'une charge concentrée est définie par groupe de nœuds, il faut tenir compte de l'augmentation du nombre de points de chargement due au raffinement, ou de préférence spécifier directement les nœuds individuels.

Chargements répartis et forces volumiques en analyse structurale

Les chargements répartis et les forces volumiques sont spécifiés avec !DLOAD. !DLOAD définit un type de chargement et ses paramètres pour un groupe d'éléments ou un groupe de surfaces. La variation temporelle est spécifiée avec le paramètre AMP.

Les principaux types de chargement sont les suivants.

Type de chargement Description
P0, PP, P1–P6 Applique une pression sur une face d'élément. La correspondance entre les numéros de faces et les faces d'éléments dépend du type d'élément.
PX, PY, PZ Spécifie une pression avec une direction de coordonnées explicite. Elle est convertie en vecteur direction lors de la lecture.
S... Applique un chargement surfacique à un groupe de surfaces. Le numéro de face est obtenu à partir de la définition du groupe de surfaces.
BX, BY, BZ Applique une force volumique dans une direction de coordonnées.
GRAV Spécifie le vecteur d'accélération de la pesanteur. Il est combiné avec la masse volumique du matériau et intégré comme force volumique.
CENT Applique une force centrifuge à partir d'un axe de rotation et d'une vitesse angulaire.

Lorsque FOLLOW=YES est spécifié, la pression surfacique suit l'orientation de la surface déformée. Cette option a un sens pour les analyses structurales prenant en compte les grandes déformations. Dans les analyses où la géométrie non linéaire est désactivée, la pression suiveuse est désactivée par l'implémentation.

Comme pour P1 à P6 et pour S1 à S6 du côté de l'analyse thermique, la signification des numéros de faces dépend du type d'élément. Voir la référence du mot-clé pour la correspondance exacte des numéros de faces et l'ordre des champs de données.

Appuis élastiques en analyse structurale

Les appuis élastiques sont spécifiés avec !SPRING. Lorsqu'un nœud ou un groupe de nœuds, un numéro de degré de liberté et une raideur de ressort sont indiqués, la raideur du ressort est ajoutée à la rigidité diagonale du degré de liberté cible et une réaction de ressort proportionnelle au déplacement courant est intégrée au second membre.

Pour les degrés de liberté 1 à 3, l'appui est traité comme un ressort de translation. Dans les modèles possédant des degrés de liberté de rotation, 4 à 6 permettent d'utiliser des ressorts de rotation. Vérifier la configuration des degrés de liberté afin de ne pas affecter de ressort à un degré de liberté absent du modèle.

Dans l'implémentation actuelle, la raideur de !SPRING ne varie pas dans le temps au moyen d'une fonction d'amplitude individuelle. Au sein d'une étape, elle est assemblée selon le facteur d'étape. Pour activer ou désactiver un appui élastique, utiliser l'ID de groupe et la spécification LOAD de !STEP afin de le contrôler étape par étape.

Chargements thermiques en analyse structurale

Utiliser !TEMPERATURE pour appliquer en analyse structurale des chargements dus à la déformation thermique. Lorsqu'une température est spécifiée pour chaque nœud ou groupe de nœuds, les forces nodales équivalentes pour l'analyse des contraintes thermiques sont assemblées à partir de l'écart par rapport à la température de référence ou à la température précédente. Le coefficient de dilatation thermique est défini dans la définition du matériau. La température de référence est spécifiée avec !REFTEMP.

La température peut être spécifiée directement dans le fichier de contrôle ou être lue depuis un fichier de résultats issu d'une analyse de conduction thermique ou d'une autre analyse. Lorsque READRESULT est spécifié, les températures nodales des lignes de données ne sont pas lues ; les résultats indiqués par SSTEP, INTERVAL, READTYPE et les paramètres associés sont lus à la place. Lors de l'utilisation d'un fichier de résultats, son temps enregistré ou son numéro d'étape doit correspondre à la spécification du côté de l'analyse structurale.

Comme !TEMPERATURE ne possède pas de paramètre AMP, il n'est pas soumis à une mise à l'échelle par fonction d'amplitude. Pour faire varier l'historique de température, contrôler les données de température elles-mêmes, les résultats d'analyse thermique lus ou le découpage en étapes.

Conditions initiales et valeurs imposées en analyse dynamique (vitesse et accélération)

En analyse dynamique, !VELOCITY et !ACCELERATION permettent de spécifier des conditions initiales ou des valeurs imposées de vitesse ou d'accélération. Les deux mots-clés indiquent un nœud ou groupe de nœuds, une plage de degrés de liberté et une valeur. La plage va de 1 à 6 ; dans les modèles possédant des degrés de liberté de rotation, 4 à 6 correspondent à la vitesse angulaire ou à l'accélération angulaire.

TYPE=INITIAL spécifie la vitesse ou l'accélération initiale au début de l'analyse. Lorsqu'une vitesse initiale est donnée, l'accélération initiale est calculée de manière cohérente avec l'équation du mouvement. Lorsqu'une accélération initiale est donnée, il existe un chemin de calcul permettant d'obtenir la vitesse initiale.

TYPE=TRANSIT spécifie une vitesse ou une accélération imposée variant dans le temps. Si TYPE est omis, il est traité comme TRANSIT. Lorsque AMP est spécifié, la fonction d'amplitude est interpolée au temps de l'analyse dynamique et multipliée par la valeur imposée.

Contraintes multipoints

Utiliser la fonction de contraintes multipoints lorsqu'une relation linéaire doit être imposée entre plusieurs degrés de liberté nodaux. Le mot-clé correspondant est !EQUATION, qui permet d'exprimer des relations telles qu'un couplage rigide, des conditions périodiques ou des relations de déplacement entre nœuds, difficiles à représenter par un blocage d'un seul nœud et d'un seul degré de liberté.

Pour le choix et l'utilisation des contraintes multipoints, leur traitement par le solveur linéaire et leur relation avec d'autres fonctions de couplage des degrés de liberté telles que le contact TIED, voir Contraintes multipoints.

Conditions aux limites en analyse de conduction thermique

En analyse de conduction thermique, la température imposée, le flux thermique, la convection et le rayonnement sont appliqués comme conditions aux limites. Indépendamment de !STEP utilisé en analyse structurale, le contrôle temporel de l'analyse thermique est spécifié avec !HEAT.

Mot-clé Cible Description Spécification d'amplitude
!FIXTEMP Nœud ou groupe de nœuds Impose la température. AMP
!CFLUX Nœud ou groupe de nœuds Applique un flux thermique nodal concentré. AMP
!DFLUX Élément ou groupe d'éléments Applique un flux thermique réparti au volume ou à une face de l'élément. AMP
!SFLUX Groupe de surfaces Applique un flux thermique à un groupe de surfaces. AMP
!FILM Élément ou groupe d'éléments Applique une condition de convection à une face d'élément. AMP1, AMP2
!SFILM Groupe de surfaces Applique une condition de convection à un groupe de surfaces. AMP1, AMP2
!RADIATE Élément ou groupe d'éléments Applique une condition de rayonnement à une face d'élément. AMP1, AMP2
!SRADIATE Groupe de surfaces Applique une condition de rayonnement à un groupe de surfaces. AMP1, AMP2

Pour !DFLUX, BF représente une génération volumique de chaleur, tandis que S0 à S6 représentent un flux thermique sur les faces des éléments. Pour !FILM, les faces des éléments sont indiquées par F0 à F6 ; pour !RADIATE, par R0 à R6. Comme la correspondance entre les numéros de faces et les faces réelles dépend du type d'élément, consulter la référence de chaque mot-clé pour plus de détails.

Une condition de convection spécifie un coefficient de convection et une température extérieure. Une condition de rayonnement spécifie un coefficient équivalent à l'émissivité et une température ambiante. AMP1 correspond au coefficient et AMP2 à la température extérieure ou ambiante, ce qui permet de leur imposer des variations temporelles indépendantes.

Fonctions d'amplitude

Une fonction d'amplitude définit la variation temporelle d'une condition aux limites ou d'un chargement au moyen d'une table temps-valeur. Dans l'entrée, une table temporelle nommée est définie avec !AMPLITUDE, puis référencée par le paramètre AMP, AMP1 ou AMP2 du mot-clé concerné.

Les principaux mots-clés concernés sont les suivants.

!AMPLITUDE est lu sous forme tabulaire (DEFINITION=TABULAR) et le type de temps est traité comme le temps d'étape (TIME=STEP). Les valeurs peuvent être définies comme relatives ou absolues, mais pour les mots-clés individuels elles sont normalement utilisées comme facteurs multipliant une valeur de base.

!TEMPERATURE n'est pas soumis aux fonctions d'amplitude. De même, comme !SPRING n'est pas assemblé avec une variation temporelle indépendante de la raideur du ressort, l'activation ou la désactivation des appuis élastiques s'effectue par le contrôle des étapes.

Rubriques connexes