6. Chaînage thermomécanique

6.1. Description

Pour la résolution de problèmes thermomécaniques chaînés, on doit utiliser pour le calcul thermique des éléments finis de coque thermique [R3.11.01] dont le champ de température est récupéré comme donnée d’entrée de Code_Aster pour le calcul mécanique. Il faut donc qu’il y ait compatibilité entre le champ thermique donné par les coques thermiques et celui récupéré par les coques mécaniques. Ce dernier est défini par la connaissance des 3 champs TEMP_SUP, TEMP_MIL et TEMP_INF donnés en peaux inférieure, milieu et supérieure de coque.

Le tableau ci-dessous indique les compatibilités entre les éléments de coque mécanique et de coque thermique.

Modélisation THERMIQUE	Maille	Élément fini	à utiliser avec	Maille	Élément fini	Modélisation MECANIQUE
COQUE	QUAD9	THCOQU9	///////////	QUAD9	MEC3QU9H	COQUE_3D
COQUE	TRIA7	THCOTR7	///////////	TRIA7	MEC3TR7H	COQUE_3D

Remarques:

• Les nœuds des éléments de coques thermiques et de coques mécaniques doivent se correspondre. Les maillages pour la thermique et la mécanique auront donc le même nombre et le même type de mailles.

• Les éléments de coques thermiques surfaciques sont traités comme des éléments plans par projection de la géométrie initiale sur le plan défini par les 3 premiers sommets.

Le chaînage thermomécanique est aussi possible si l’on connaît par des mesures expérimentales la variation du champ de température dans l’épaisseur de la structure ou de certaines parties de la structure. Dans ce cas on travaille avec une carte de température définie a priori; le champ de température n’est plus donné par les trois valeurs TEMP_INF, TEMP_MIL et TEMP_SUP du calcul thermique obtenues par EVOL_THER. Il peut être beaucoup plus riche et contenir un nombre arbitraire de points de discrétisation dans l’épaisseur de la coque. L’opérateur DEFI_NAPPE permet de créer de tels profils de températures à partir des données fournies par l’utilisateur. Ces profils sont affectés par la commande CREA_CHAMP (cf. le cas-test HSNS100B). On notera qu’il n’est pas nécessaire pour le calcul mécanique que le nombre de points d’intégration dans l’épaisseur soit égal au nombre de points de discrétisation du champ de température dans l’épaisseur. Le champ de température est automatiquement interpolé aux points d’intégration dans l’épaisseur des éléments de coques.

6.2. Cas-test

Les cas-tests pour le chaînage thermomécanique entre des éléments de coques thermiques et des éléments de coques mécaniques sont le HPLA100C (éléments MEC3QU9H) et HPLA100D (éléments MEC3TR7H). Il s’agit d’un cylindre creux thermoélastique pesant en rotation uniforme [V7.01.100] soumis à un phénomène de dilatation thermique où les champs de température sont calculés avec THER_LINEAIRE par un calcul stationnaire.

La dilatation thermique vaut : \(T(\rho )-{T}_{\text{ref}}(\rho )=0.5({T}_{s}+{T}_{i})+2.({T}_{s}+{T}_{i})(r-R)/h\)

avec:

• \({T}_{s}=0.5°C,{T}_{i}\text{=-}0.5°C,{T}_{\text{ref}}=0.°C\)

• \({T}_{s}=0.1°C,{T}_{i}=0.1°C,{T}_{\text{ref}}=0.°C\)

On teste les contraintes, les efforts et moments fléchissants en \(L\) et \(M\) . Les résultats de référence sont analytiques. On obtient de très bons résultats quel que soit le type d’élément considéré.