4. Chaînage thermomécanique

4.1. Formalisme

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 du 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_INF, TEMP_MIL et TEMP_SUP donnés en peaux inférieure, milieu et supérieure de coque. Le tableau ci-dessous indique ces compatibilités:

ModélisationTHERMIQUE	Maille	Élément	Maille	Élément	Modélisation MECANIQUE
COQUE	QUAD9	THCOQU9	QUAD9	MEC3QU9H	COQUE_3D
COQUE	QUAD8	THCOQU8
COQUE	QUAD4	THCOQU4	QUAD4	MEDKQU4 MEDSQU4 MEQ4QU4	DKT DST Q4G
COQUE	TRIA7	THCOTR7	TRIA7	MEC3TR7H	COQUE_3D
COQUE	TRIA6	THCOTR6
COQUE	TRIA3	THCOTR3	TRIA3	MEDKTR3 MEDSTR3	DKT DST
COQUE_PLAN	SEG3	THCPSE3
COQUE_AXIS	SEG3	THCASE3	SEG3	MECXSE3	COQUE_AXIS

Remarques:

• Les nœuds des éléments de coques thermiques et de plaques ou 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. Pour le chaînage de calculs avec des éléments courbes mécaniques il est donc nécessaire que la géométrie de la plaque ne soit pas trop éloignée de celle de la coque. Lorsque la structure est courbe, cela nécessite donc pour le calcul thermique de la mailler de façon suffisamment fine de façon à avoir des résultats corrects en prévision de la partie mécanique. Seuls les éléments linéiques de thermique sont parfaitement associés aux éléments linéiques correspondants en mécanique car prenant en compte la courbure de la structure maillée.

• Le chaînage avec des matériaux multicouches n’est pas disponible pour l’instant.

• Le chaînage thermomécanique est aussi possible si l’on connaît, analytiquement ou 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_MILet TEMP_SUPdu calcul thermique obtenues par EVOL_THER. 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 et CREA_RESU(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 plaques ou de coques.

• L’évolution thermique que l’on peut associer au champ de matériau par AFFE_MATERIAU/AFFE_VARC doit être prête à être utilisée par les éléments finis du modèle mécanique. Un problème se pose pour les éléments de type coque ou tuyau qui utilisent une température variant dans l’épaisseur sur les différentes couches. Pour ces éléments, il est nécessaire de préparer le calcul de la température sur les couches en amont de la commande AFFE_MATERIAU . Pour cela, l’utilisateur doit utiliser la commande CREA_RESU avec l’opération PREP_VARC (PREparation des VaRiables de Commande ») qui permet de calculer la température dans les couches d’une coque en partant soit d’une température définie par une carte de fonctions soit en partant d’une température calculée par Code_Aster avec un modèle de coques (TEMP_MIL/TEMP_INF/TEMP_SUP) .

HPLA100 Il s’agit d’étudier un phénomène de dilatation thermique où les champs de température sont calculés avec THER_LINEAIREpar un calcul stationnaire: dilatation thermique : \(T(\rho )-{T}_{\mathrm{ref}}(\rho )=0.5({T}_{s}+{T}_{i})+2.({T}_{s}+\mathrm{Ti})(r-R)/h\) avec: \({T}_{s}=0.5°C,{T}_{i}=-0.5°C,{T}_{\mathrm{ref}}=0°C\) \({T}_{s}=0.1°C,{T}_{i}=0.1°C,{T}_{\mathrm{ref}}=0°C\) On teste les contraintes, les efforts et moments fléchissants en \(L\) et \(M\) . Les résultats de référence sont analytiques. Pour les modélisations COQUE_3Don prend en compte la variation de métrique avec l’épaisseur de la coque. Très bons résultats quel que soit le type d’élément considéré.

Titre: Cylindre creux thermoélastique pesant en rotation uniforme Documentation: [V7.01.100] Modélisations: HPLA100A Thermique PLAN 32 THPLQU8 Mécanique AXIS 32 MEAXQU8 HPLA100B Thermique COQUE_PLAN 10 THCPSE3 Mécanique COQUE_AXIS 10 MECXSE3 HPLA100C Thermique COQUE 32 THCOQU9 Mécanique COQUE_3D 32 MEC3QU9H HPLA100D Thermique COQUE 64 THCOTR7 Mécanique COQUE_3D 64 MEC3TR7H HPLA100E Thermique COQUE 200 THCOQU4 Mécanique COQUE 200 MEDKQU4 HPLA100F Thermique COQUE 400 THCOTR3 Mécanique COQUE 400 MEDKTR3