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Nouveautés du module Structural Mechanics
Pour les utilisateurs du module Structural Mechanics, la version 6.1 de COMSOL Multiphysics® apporte des améliorations à la modélisation du contact, la possibilité d'ajouter des matériaux linéaires et non linéaires sur des frontières ainsi qu'une nouvelle fonctionnalité qui permet de tester et vérifier numériquement une loi de comportement matériau pour un ensemble donné de propriétés matériau. Découvrez ci-dessous toutes les nouveautés du module Structural Mechanics.
Améliorations de la modélisation en contact
Plusieurs ajouts et améliorations ont été apportés à la fonctionnalité de modélisation des contacts, incluant:
- Un nouvel algorithme de recherche de contact, plus rapide, a été mis en oeuvre. Il est particulièrement avantageux pour les modèles 3D de grande taille.
- La méthode de Nitsche, une nouvelle méthode pour formuler les équations de contact, a été ajoutée. Il s'agit d'une méthode robuste qui n'ajoute pas de degrés de liberté supplémentaires.
- De nouvelles formulations plus stables des équations de contact ont été ajoutées pour tous les modèles de contact.
- Les formulations ont été améliorées pour les coques et les membranes, où la surface réelle des géométries courbes est utilisée.
- La prise en charge de l'autocontact a été améliorée. La formulation est désormais symétrique entre les deux côtés de la paire de contacts.
Animation d'un tuyau élastoplastique forcé à rentrer dans un trou conique. L'auto-contact se produit à plusieurs endroits.
Interface de mécanique du solide en 1D
L'interface Mécanique du solide est désormais disponible pour les composants 1D et 1D axisymétriques et ne nécessite aucun produit supplémentaire pour utiliser les fonctionnalités de base. Dans les directions transversales, différentes combinaisons de contraintes planes, de déformations planes et de déformations planes généralisées peuvent être sélectionnées. Il existe plusieurs applications multiphysiques, par exemple dans le domaine de la modélisation des batteries, l'acoustique et l'interaction thermique-structure, où un modèle 1D peut être utile pour fournir des informations importantes sur un phénomène physique. Notez que la fonctionnalité pour les contraintes d'insertion dans les batteries est incluse dans le module Battery Design. Pour une modélisation plus avancée, des fonctionnalités supplémentaires sont disponibles avec le module Structural Mechanics, le module MEMS, le module Multibody Dynamics ou le module Acoustics.
Un problème couplé thermique-structure avec contact en 1D axisymétrique. Notez que la représentation sous-jacente ici consiste simplement en des éléments 1D le long d'une ligne, alors que les résultats sont étendus à une géométrie circulaire pour une meilleure visualisation.
Essai numérique des lois de comportement
Pour les lois de comportement complexes, en particulier celles qui sont définies par l'utilisateur, il est important d'étudier leur comportement lors de diverses conditions de chargement. La nouvelle fonctionnalité Essai mécanique de l'interface Mécanique du solide permet de configurer automatiquement un modèle à un élément avec des conditions aux limites appropriées et des étapes d'étude pour plusieurs conditions de chargement différentes. Le chargement peut être quasi-statique ou dynamique, monotone ou cyclique. Cette nouvelle fonctionnalité est à découvrir dans les modèles mis à jour de Compression isotrope avec une loi de comportement Cam-Clay modifiée et de Fluage primaire sous chargement non-constant.
Matériaux sur les frontières de solides
Une large gamme de lois de comportement linéaires et non-linéaires est maintenant disponible pour être utilisée sur des frontières internes ou externes. Cela peut être utilisé pour modéliser des couches de colle, des joints ou des revêtements, par exemple. Ces couches peuvent faire appel à différentes hypothèses, allant d'un modèle 3D complet à des déformations uniquement dans le plan. Avec le module Composite Materials, les matériaux sur frontières peuvent même être multicouches. Le modèle existant Circuit chauffant illustre ce nouvel ajout.
Interface physique pour les câbles
Une nouvelle interface Câble a été ajoutée pour l'analyse des systèmes de câbles ou de fils, qui peuvent être réalisés séparément ou en conjonction avec d'autres types de structures. Les câbles peuvent être précontraints ou fléchir sous leur propre poids. Vous pouvez découvrir cette nouvelle fonctionnalité dans le nouveau tutoriel d'Etude de flambage linéaire d'une tour en treillis avec des chargements exclus de l'analyse et les modèles existants suivants:
Forces dans un réseau de câbles soumis à la gravité lorsque les points d'appui sont déplacés vers l'intérieur. Une partie du réseau s'immobilise sur une surface rigide.
Interfaces multiphysiques pour l'amortissement par film mince
Deux nouvelles interfaces multiphysiques pour l'amortissement par film mince ont été ajoutées: Amortissement par film mince, solide et Amortissement par film mince, coque. Elles combinent une interface d'Ecoulement en film mince avec Mécanique du solide ou Coque, respectivement. Il existe également deux nouveaux couplages multiphysiques qui facilitent l'amortissement par film mince: Interaction structure - écoulement en film mince et Interaction coque - écoulement en film mince. Ces couplages ne se limitent pas à l'amortissement par film mince; vous pouvez également les utiliser pour modéliser la lubrification et la cavitation, par exemple.
Analyse de flambage avec chargements exclus
Lors de la recherche d'un chargement critique de flambage, il existe certaines situations où il y a plus d'un système de chargements et où l'un d'entre eux peut être considéré comme fixe. Par exemple, une force de gravité peut être considérée comme fixe (un chargement exclu), alors qu'une chargement de service peut être considéré comme non fixe (un chargement inclus). Même si l'on souhaite seulement calculer le niveau critique d'un chargement de service, le chargement exclu influencera toujours le risque de flambage. Ce type d'analyse est maintenant intégré et est illustré par le nouveau modèle Etude de flambage linéaire d'une tour en treillis avec des chargements exclus de l'analyse.
Usure des coques et membranes
De manière identique à la fonctionnalité déjà disponible dans l'interface Mécanique du solide, le sous-noeud Usure a été ajouté aux interfaces Coque et Membrane. Cette fonctionnalité permet de calculer l'usure qui réduit l'épaisseur des coques et des membranes en raison du glissement avec frottement. La même technologie permet d'ajouter des expressions définies par l'utilisateur pour le taux de changement d'épaisseur. Ceci peut être utilisé pour modéliser, par exemple, la corrosion ou l'électrodéposition.
Usure de la surface d'une coque due au glissement avec frottement d'un objet solide cylindrique. La visualisation est réalisée en utilisant un jeu de données Coque, donnant l'impression que les deux pièces sont des solides en 3D.
Nouvelle méthode de connexion des assemblages
La méthode de Nitsche a été ajoutée pour imposer la continuité entre les frontières dans les assemblages. Elle présente deux avantages importants par rapport aux contraintes classiques:
- Elle provoque beaucoup moins de perturbations locales dans la solution lorsque les maillages des deux côtés ne sont pas conformes.
- Comme aucune contrainte n'est ajoutée, l'élimination des contraintes est évitée, ce qui est numériquement sensible et parfois intense en ressources de calcul.
Améliorations en sous-structuration dynamique
Il est désormais possible d'utiliser des éléments coque dans les analyses de sous-structuration dynamique (CMS). Il y a également plusieurs améliorations générales qui facilitent la mise en place de modèles d'analyses CMS.
Excitation de la base
Il est courant que le chargement dynamique d'une structure consiste en une certaine accélération de tous ses points d'appui. C'est le cas, par exemple, lorsqu'une pièce est fixée à une table vibrante pour être testée ou lorsqu'un bâtiment est soumis à une accélération au niveau du sol de longueur d'onde élevée. Ce type de chargement peut désormais être décrit plus naturellement à l'aide de la nouvelle fonctionnalité Excitation de la base. Elle est bien adaptée à l'analyse de vibrations aléatoires. Cette nouveauté est utilisée dans les modèles existants Réponse aux chocs d'une carte mère et Test de vibration aléatoire d'une carte mère.
Chargements indiqués par une résultante
Pour les chargements sur frontière et les ensembles de chargements ponctuels, vous pouvez désormais spécifier la force et le moment totaux par rapport à un point donné en sélectionnant l'option Résultante dans la liste Type de chargement. Cela facilite l'application des résultantes de chargements sans avoir à imposer des contraintes artificielles ou à effectuer de longs calculs des distributions de chargement réelles. Il est possible de contrôler la forme supposée de la distribution du chargement.
Un chargement en flexion donné comme une résultante de moment est appliqué à l'extrémité d'une poutre, modélisée comme un solide 3D. La distribution réelle du chargement est représentée par des flèches.
Evaluation de soudures
Pour les structures soudées, être capable de prédire les contraintes dans les soudures est un aspect important de la conception. Dans l'interface Coque, il est maintenant possible d'évaluer les contraintes le long des arêtes soudées. La méthode est semi-analytique dans le sens où la soudure n'est pas modélisée dans la géométrie, mais elle est représentée par ses propriétés. Les soudures d'angle unilatérales et bilatérales ainsi que les soudures bout-à-bout peuvent être évaluées.
Nouvelles options pour les matériaux anisotropes
Pour la fonctionnalité Matériau élastique linéaire, plusieurs nouvelles options de saisie des constantes élastiques ont été ajoutées:
- Les matériaux orthotropes peuvent maintenant être décrits par des données cristallines pour sept types de systèmes cristallins différents: cubique, hexagonal, trigonal à six constantes, trigonal à sept constantes, tétragonal à six constantes, tétragonal à sept constantes et orthorhombique.
- Il existe une option pour les matériaux transversalement isotropes, ce qui réduit le nombre de paramètres d'entrée pour cette classe de matériaux.
- Un matériau anisotrope peut maintenant, en plus de la matrice d'élasticité, être représenté par sa matrice de compliance.
Améliorations des Connecteurs rigides
Le Connecteur rigide est un outil important pour la modélisation abstraite, par exemple pour appliquer des chargements et connecter des objets. Ses fonctionnalités ont été améliorées à trois égards :
Il est désormais possible de déconnecter certains degrés de liberté, par exemple dans des directions données par un système de coordonnées local. Grâce à cette option, il est possible de libérer des contraintes excessives et de réduire les concentrations de contraintes locales. Pour les connecteurs rigides à deux points en 3D, il est possible de supprimer automatiquement la singularité potentielle de rotation. Comme nouveau réglage par défaut, les degrés de liberté qui sont générés par les connecteurs rigides sont maintenant regroupés dans la séquence d'étude. Cela réduit de façon importante le nombre de noeuds dans l'arborescence du modèle et facilite également l'application d'une mise à l'échelle manuelle pour la tolérance de convergence. Le même changement s'applique également à la fonction de Connexion.
Améliorations de l'analyse de conduites
Pour l'analyse mécanique de conduites, les nouveautés suivantes sont disponibles:
- Dans l'interface Mécanique des conduites, il est désormais possible de spécifier des facteurs de correction pour la flexibilité et les contraintes dans les coudes des conduites.
- Il est possible de saisir une épaisseur de paroi réduite pour l'évaluation des contraintes. Cela peut être utilisé pour tenir compte d'une tolérance de corrosion.
- Dans les bibliothèques de pièces géométriques, un certain nombre de géométries paramétrées de conduites ont été ajoutées: conduite droite, coude, reducteur et jonction en T. Ces géométries peuvent être utilisées pour une analyse détaillée à l'aide d'éléments solides ou coques. Ces modèles 3D peuvent être directement connectés à l'interface Mécanique des conduites en utilisant un couplage existant.
Résultats dans les systèmes de coordonnées locales
Il est maintenant facile de définir un nombre arbitraire de systèmes de coordonnées locales en ajoutant des noeuds Résultats du système local pour l'évaluation des quantités communes de résultats. Parmi les quantités transformées, vous trouverez les contraintes, les déformations, les déplacements et les propriétés matériaux.
Déplacement limité dans l'interface Treillis
Dans l'interface Treillis, ainsi que dans la nouvelle interface Câble, il est possible de limiter le déplacement à une certaine valeur pour un point ou une ligne entière. La condition limite Déplacement limité peut être utilisée pour modéliser l'approche d'un mur ou d'un point d'appui.
Forces axiales dans une structure en treillis soumise à des chargements croissants. Le déplacement vertical est limité en deux points, comme indiqué par les cercles noirs. La déformation est amplifiée d'un facteur 100.
Sections transversales standard pour éléments treillis
Dans l'interface Treillis, le noeud Données de la section a été complété par une option permettant de définir la section transversale de l'élément par des propriétés géométriques. Les sections transversales disponibles sont: Rectangle, Boîte, Circulaire, Conduite, Profil en H, Profil en U, Profil en T, profil en C et Chapeau. Cette fonctionnalité est illustrée par le nouveau tutoriel de Flambage d'une tour en treillis et dans les modèles existants suivants:
Condition limite de Fracture pour les ondes élastiques
La nouvelle condition limite Fracture, disponible dans l'interface physique Ondes élastiques, explicite en temps, est utilisée pour traiter deux domaines élastiques avec une liaison imparfaite. La fracture peut être une couche mince élastique, une couche remplie de fluide ou une discontinuité dans les matériaux élastiques (une frontière interne). Plusieurs options existent pour spécifier les propriétés du domaine mince élastique. Les applications typiques sont la modélisation des applications de contrôle non-destructif (CND), comme l'inspection de la réponse des régions de délamination ou d'autres défauts, ou la modélisation de la propagation des ondes dans les milieux solides fracturés dans l'industrie pétrolière et gazière.
Graphiques prédéfinis
La fonctionnalité générale de graphiques prédéfinis a apporté des nouveautés importantes aux interfaces de Mécanique des structures. Un graphique prédéfini est similaire à un graphique par défaut, mais avec la différence importante qu'il n'est pas ajouté au Constructeur de Modèles avant que l'utilisateur ne le choisisse. Le nombre de graphiques par défaut générés pour chaque étude a donc été notablement réduit.
Les utilisateurs constateront également les deux améliorations suivantes:
- Plusieurs nouveaux graphiques utiles sont maintenant disponibles à partir du menu Ajouter des graphiques prédéfinis, en plus des graphiques par défaut des versions précédentes.
- Les graphiques de résultats pour les étapes intermédiaires de l'étude, par exemple l'étape de chargement dans une analyse dynamique précontrainte, sont directement disponibles.
Diagrammes de l'effort et du moment de cisaillement pour les poutres
Une façon habituelle de représenter la distribution des moments de flexion et des forces de cisaillement dans les poutres consiste à dessiner des diagrammes de force de cisaillement et de moment de flexion au-dessus de la géométrie. Dans l'interface Poutre, la possibilité de dessiner des diagrammes de moment et d'effort de cisaillement a été ajoutée. Même pour les chargements distribués, les graphiques sont indépendants du maillage, c'est-à-dire que l'effet de la variation du chargement sur l'élément est inclus. Les diagrammes de force de section peuvent également être utilisés dans les analyses dynamiques, où le chargement consiste partiellement en des forces inertielles.
Nouvelles pièces géométriques pour l'homogénéisation de microstructures
Dans les bibliothèques de pièces géométriques, un nouveau répertoire nommé Eléments de volume représentatifs a été ajouté à la section COMSOL Multiphysics. Il contient de nombreuses géométries paramétrées pour des microstructures communes, telles que des fibres, des pores et des composites particulaires. Ces géométries peuvent être utilisées pour calculer les propriétés effectives des matériaux en utilisant, par exemple, la méthode des volumes élémentaires représentatifs (VER). Les nouveaux modèles Propriétés matériaux homogénéisées de microstructures périodiques et Modèle micromécanique d'un composite à particule illustrent ce nouvel ajout.
Nouveaux tutoriels
La version 6.1 de COMSOL Multiphysics® apporte plusieurs nouveaux tutoriels au module Structural Mechanics.
Réponse harmonique non-linéaire
Nom de l'application:
nonlinear_harmonic
Lien de téléchargement de l'application
Support mécanique — Modélisation d'ordre réduit
Nom de l'application:
bracket_rom
Lien de téléchargement de l'application
Auto-contact d'un ressort contraint
Nom de l'application:
loaded_spring_contact
Lien de téléchargement de l'application
Torsion d'un cylindre élastique de Cosserat isotrope
Nom de l'application:
cosserat_torsion
Lien de téléchargement de l'application
Modèle micromécanique d'un composite à particule
Nom de l'application:
micromechanical_model_of_a_particulate_composite
Lien de téléchargement de l'application
Etude de flambage linéaire d'une tour en treillis avec des chargements exclus de l'analyse
Nom de l'application:
truss_tower_buckling_guys
Lien de téléchargement de l'application