6. Chargements#

◇ EXCIT = _F(
      ◆ CHARGE = char_cine_meca / char_meca,
      ◇ FONC_MULT = fonction / formule / nappe,
      ◇ TYPE_CHARGE = / "DIDI",
                      / "FIXE_CSTE" (par défaut),
                      / "FIXE_PILO",
                      / "SUIV",
                      / "SUIV_PILO",
  ),

6.1. Principes généraux#

Le mot clé facteur EXCIT permet de décrire à chaque occurrence une charge (sollicitations et conditions aux limites), et éventuellement un coefficient multiplicateur et/ou un type de charge.

Le calcul non-linéaire est résolu par une méthode incrémentale, il est donc nécessaire de paramétrer le calcul. On applique donc les chargements de manière incrémentale également, par exemple, en appliquant la force de manière progressive (une rampe). Le principe de base est de séparer la partie spatiale du chargement et la partie (pseudo)-temporelle .

\[\underline{L}_{ext} \left ( {\underline{u}, t} \right ) = g \left ( t \right ) \underline{L}_{ext} \left ( \underline{u} \right )\]

La partie spatiale du chargement \(\underline{L}_{ext} \left ( \underline{u} \right )\) est donnée par le mot-clé CHARGE (comportant éventuellement l’évolution d’un champ de température) .

Remarques:

  • Dans un calcul thermo-mécanique, si la température initiale est différente de la température de référence (donnée dans [AFFE_MATERIAU]), le champ de déformation associé à l’instant initial peut être incompatible et donc conduire à un état de contraintes et de variables internes associé non nul. Si l’on utilise une relation de comportement incrémentale et si on ne définit pas explicitement un état de contraintes et de variables internes initial (associé à un champ de température initiale différente de la température de référence), le champ de contraintes et de variables internes calculé au premier incrément ne tiendra compte que de la seule variation de température entre l’instant initial et le premier instant, et non des éventuelles contraintes de compatibilité associées à la température initiale. Pour prendre cet état initial en compte, il faut le donner explicitement, par exemple grâce aux mots clés dans ETAT_INIT. Pour éviter de telles situations qui peuvent conduire à des erreurs de calcul, il vaut mieux commencer un calcul en considérant qu’il faut partir d’un état vierge.

  • Si on réalise un calcul en axisymétrique et que l’on impose des forces nodales, ces efforts doivent être divisés par \(2\pi\) (on travaille sur un secteur d’un radian) par rapport aux chargements réels. De même, si l’on souhaite calculer la résultante des efforts, le résultat est à multiplier par \(2\pi\) pour avoir la résultante totale sur la structure complète. De même en contraintes planes ou en déformation plane, on travaille sur une épaisseur unité: les efforts (sur l’épaisseur) appliqués doivent être divisés par l’épaisseur, les efforts réels sont obtenus en multipliant par l’épaisseur les efforts du calcul.

La partie temporelle du chargement \(g \left ( t \right )\) est donnée par le mot-clé FONC_MULT. Si on ne précise pas la fonction multiplicatrice, on applique une fonction échelon.

Il est possible de définir directement \(\underline{L}_{ext} \left ( {\underline{u}, t} \right )\) dans le mot-clé CHARGE si on utilise la commande [AFFE_CHAR_MECA_F] (fonction du temps). Dans ce cas, il faut être prudent: en effet, si on utilise en même temps FONC_MULT, on multiplie de nouveau le chargement par une fonction du temps.

Par défaut, TYPE_CHARGE vaut “FIXE_CSTE”: cela correspond à un chargement appliqué sur la géométrie initiale et non piloté. Il peut cependant être une fonction, et, en particulier, dépendre du temps. Un chargement fixe n’est réévalué qu’à chaque nouvel instant, et seulement s’il dépend du temps (défini dans [AFFE_CHAR_MECA_F] et paramétré par l’instant ou bien affecté par FONC_MULT).

6.2. Chargements suiveurs#

Si TYPE_CHARGE=”SUIV”, le chargement est dit «suiveur», c’est-à-dire qu’il dépend de la valeur des inconnues: par exemple, la pression, étant un chargement s’appliquant dans la direction normale à une structure, dépend de la géométrie actualisée de celle-ci, et donc des déplacements. Un chargement suiveur est réévalué à chaque itération de l’algorithme de résolution.

Actuellement les chargements qui peuvent être qualifiés de suiveur sont le chargement de pesanteur pour l’élément de CABLE_POULIE, la pression pour les modélisations 3D, 3D_SI, D_PLAN, D_PLAN_SI, AXIS, AXIS_SI, C_PLAN, C_PLAN_SI, COQUE_3D et pour toutes les modélisations THM et la force centrifuge en grands déplacements (mot clé ROTATION dans [AFFE_CHAR_MECA]). Il y a également la force surfacique FORCE_FACE pour les éléments 3D. On peut également imposer qu’un chargement de Dirichlet soit suiveur dans le cas de la rigidification d’une partie de la structure par l’utilisation de LIAISON_SOLIDE ( voir [AFFE_CHAR_MECA]) en grandes transformations.

Remarques:

  • La pression peut être définie par une fonction dépendant de la géométrie. Dans le cas suiveur, on peut choisir si cette dépendance se fait par rapport à la géométrie initiale avec les paramètres X, Y et Z de [DEFI_FONCTION] ou par rapport à la géométrie réactualisée avec les paramètres XF, YF et ZF.

  • Le chargement de type LIAISON_SOLIDE suiveur est strictement incompatible avec le pilotage et la recherche linéaire. Il n’est utilisable qu’avec des éléments finis isoparamétriques 2D et 3D (pas avec les éléments de structures tels que poutre, plaques et coques).

  • Dans le cas des COQUE_3D, le chargement de pression peut-être créé par les mots-clés PRES_REP/PRES ou FORCE_COQUE/PRES d’[AFFE_CHAR_MECA]. Les autres opérandes de FORCE_COQUE (FX, FY…, F1, F2, …) ne sont pas compatibles avec les chargements suiveurs.

6.3. Chargements pilotés#

Si TYPE_CHARGE vaut “FIXE_PILO”, le chargement est toujours fixe (indépendant de la géométrie) mais il sera piloté grâce au mot-clé facteur PILOTAGE. Les charges pilotables doivent être issues de l’opérateur [AFFE_CHAR_MECA] ou [AFFE_CHAR_MECA_F] (si ce n’est pas une fonction dépendant du temps) et ne doivent pas être affectées du mot clé FONC_MULT.

On ne peut pas piloter les chargements de pesanteur, la force centrifuge, les forces de Laplace, les chargements thermiques ou de déformations initiales ou anélastiques, et les conditions de liaison.

Pour avoir des charges pilotées dépendantes de la géométrie (charges dites «suiveuses»), on utilise TYPE_CHARGE=”SUIV_PILO”.

6.4. Chargements incrémentaux#

Si TYPE_CHARGE=”DIDI” alors les conditions de Dirichlet (déplacements imposés, conditions linéaires) s’appliqueront sur l’incrément de déplacement à partir de l’instant donné sous ETAT_INIT/NUME_DIDI (par défaut l’instant de reprise du calcul) et non sur le déplacement total.

Par exemple pour un déplacement imposé (mot clé DDL_IMPO de [AFFE_CHAR_MECA]) la condition sera de la forme \(u-{u}_{0}=d\) où \({u}_{0}\) est le déplacement défini par NUME_DIDI et non \(u=d\) .

L’option Dirichlet différentiel est à la fois disponible pour des chargements mécaniques (CHAR_MECA) et pour des chargements cinématiques (CHAR_CINE).