2. Équations constitutives et hypothèses#
2.1. Hypothèses du modèle de Reissner–Mindlin#
Le modèle de Reissner-Mindlin permet de représenter le comportement mécanique des plaques épaisses, en prenant explicitement en compte les effets de cisaillement transverse. Contrairement au modèle de Kirchhoff-Love, il ne suppose pas que les sections normales à la surface moyenne restent perpendiculaires après déformation.
Pour ce qui suit :
le déplacement transverse est noté \(w(x, y)\),
les rotations des fibres normales à la surface moyenne sont décrites par un champ vectoriel indépendant \(\bar{\theta}(x, y) = \left(\theta_x (x,y), \theta_y (x, y)\right)\).
L’épaisseur \(t\) de la plaque est supposée petite devant ses dimensions en plan, mais non négligeable, ce qui autorise l’introduction d’une déformation de cisaillement transverse. Celle-ci est définie par :
où \(\nabla w = \left( \cfrac{\partial w}{\partial x}, \cfrac{\partial w}{\partial y} \right)\) représente le gradient du déplacement transverse.
2.2. Lois de comportement élastique#
Le comportement élastique du matériau est décrit à l’aide des paramètres classiques :
le module d’Young \(E\),
le coefficient de Poisson \(\nu\),
un facteur de correction du cisaillement \(\kappa\), généralement pris égal à \(\cfrac{5}{6}\) pour les plaques homogènes.
2.2.1. Tenseur de courbure#
Le tenseur de courbure \(\bar{\bar{\kappa}}\) représente les variations spatiales du champ de rotation \(\bar{\theta}\). Il est défini comme la partie symétrique du gradient de \(\bar{\theta}\) :
2.2.2. Énergie de flexion#
Les contraintes dues à la flexion \(\bar{\bar{M}}\) sont reliés au tenseur de courbure par une loi constitutive linéaire :
où \(\mathbb{C}\) désigne le tenseur de rigidité en flexion, exprimé par :
Les notations utilisées sont :
\(\mathbb{I}_4\) : tenseur identité d’ordre 4,
\(\mathbb{I}_2\) : tenseur identité d’ordre 2,
\(\otimes\) : produit tensoriel.
L’énergie de flexion correspondante est donnée par :
2.2.3. Énergie de cisaillement transverse#
L’énergie élastique associée au cisaillement transverse s’écrit :
où \(\bar{\gamma}_R\) désigne le champ de cisaillement « réduit », interpolé dans un espace fonctionnel adapté (par exemple de type Nédélec), afin de prévenir le phénomène de verrouillage numérique lors de la discrétisation par éléments finis.