Analyse de structures en caoutchouc avec contacts, frottements et grandes rotations
par Akihiko TOKUDA, "Salome-Meca Practice and Utilization Group" au Japon. Akihiko TOKUDA est ingénieur en calcul de structures dans une entreprise japonaise de produits manufacturés en caoutchouc.
Salome-Meca Practice and Utilization Group
Afin de pouvoir précisément maîtriser les fonctions avancées de Code_Aster, les utilisateurs débutants japonais ont un besoin indispensable d’une communauté d’échanges et d’entraide en langue japonaise autour de Salome-Meca. Ainsi, le Salome-Meca Practice and Utilization Group a été mis en place au Japon en 2011 par plusieurs ingénieurs de différentes entreprises. Ce groupe est une sous-communauté du CAE Konwakai, organisation à but non lucratif structurant la communauté CAE au Japon. CAE Konwakai travaille en collaboration avec The Open CAE Society of Japan dont la mission est de promouvoir l’usage de Salome-Meca et OpenFOAM.
Transmission de mouvement entre deux rouleaux avec bande de caoutchouc
La force de frottement de la bande de caoutchouc transmet le mouvement du rouleau de gauche au rouleau de droite (fig. 1). L’objectif est l’analyse des contraintes, de la répartition des forces de frottement et de la déformation de la bande de caoutchouc. Ce cas comprend un grand nombre de non-linéarités : matériau non linéaire, grandes déformations, rotations importantes. En outre, étant donné que la transmission entre les deux rouleaux n’est produite que par la force de frottement, le problème est mécaniquement instable.
Cependant, malgré ces difficultés, Code_Aster peut résoudre ce problème avec ses fonctions non linéaires de pointe et sa robustesse.
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Le calcul a été conduit en 3 étapes en enchaînant trois appels à STAT_NON_LINE avec des éléments finis de déformation plane D_PLAN.
- État initial : La forme de la bande en caoutchouc qui est appliquée entre les deux rouleaux est un cercle parfait. Les rouleaux pourraient être traités comme des corps rigides, mais LIAISON_SOLIDE n’est pas applicable aux grandes rotations. Ils sont donc traités comme des corps déformables.
- Étape 1 : En tirant le rouleau entraîné vers la droite, une tension est générée dans la bande de caoutchouc, qui se déforme. Dans les premiers instants du calcul, le rouleau et la bande de caoutchouc sont instables. Par conséquent, un ressort faible, de type K_T_D_N, est utilisé pour garantir la stabilité. Une raideur du ressort trop petite diminue l’effet de stabilité ; une raideur trop grande a un effet visible sur la déformation de la bande. Afin de stabiliser le contact initial, l’utilisation de SEUIL_INIT dans DEFI_CONTACT est efficace.
- Étape 2 : Le point central du rouleau entraîné est fixé à l’emplacement de la position déformée à l’étape 1 grâce à TYPE_CHARGE = ’DIDI’. Ensuite, la charge affectée à l’étape 1 est libérée.
- Étape 3 : Le rouleau d’entraînement est mis en rotation en imposant le déplacement. D’autre part, un couple est affecté au rouleau entraîné. Afin de maintenir le couple constant malgré la rotation du rouleau entraîné, une force suiveuse TYPE_CHARGE = ’SUIV’ est affectée sur la circonférence du rouleau d’entraînement. La tension et la contrainte sur la face supérieure de la bande de caoutchouc augmente le couple.
Contact entre une plaque de caoutchouc et une came en acier
Une came tournante en acier est en contact avec la plaque de caoutchouc (fig. 2). Ce calcul ne correspond pas à un produit réel mais sert à évaluer le contact dans Code_Aster. Le frottement n’est pas pris en compte.
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L’analyse 3D nécessite beaucoup plus de temps de calcul que l’analyse 2D, en particulier pour les problèmes de contact. Par conséquent, pour accélérer ce calcul, on utilise ici la méthode généralisée Newton de contact en version 11.2.0 de Code_Aster. En conséquence, le temps de calcul a été réduit à 4897 sec. pour la version 11.2.0, à comparer à 13141 sec. pour la version 10.5.