5. Modélisation C : Modélisation X-FEM 3D#

5.1. Caractéristiques de la modélisation#

Dans cette modélisation, la fissure n’est pas maillée (cas X-FEM) et la structure est modélisée en 3D. Seul un quart de la structure est modélisé, pour des raisons de symétrie.

La fissure est représentée par des level sets:

\(\mathit{lsn}=\sqrt{{x}^{2}+{(y-R)}^{2}+{z}^{2}}-R\)

\(\mathit{lst}=\sqrt{{x}^{2}+{(y-{y}_{h})}^{2}+{z}^{2}}-R'\)

avec \({y}_{h}=R-\frac{R}{\cos(\alpha )}\) et \(R'=R\tan(\alpha )\)

Remarque:

En 3 D , il existe un choix arbitraire d’orientation de la base locale en fond de fissure. Suivant l’orientation de cette base, le signe de \({K}_{\mathit{II}}\) et \({K}_{\mathit{III}}\) sera différent (car lié à la base). Mais cela n’a pas d’influence sur le résultat physique (angle de bifurcation éventuel de la fissure exprimé dans le repère global). Ici, pour retrouver \({K}_{\mathit{II}}>0\) comme dans la solution de référence, il faut définir la level set normale comme l’opposée de la formule ci-dessus. Dans cette modélisation, on retiendra finalement \(\mathit{lsn}=-\sqrt{{x}^{2}+{(y-R)}^{2}+{z}^{2}}+R\) *. Cela reste une convention et ne change pas le résultat physique!*

En 2 D , le signe de la level set normale n’influe pas sur le signe de \({K}_{\mathit{II}}\) car il n’y a pas de choi x pour définir la base locale.

5.2. Caractéristiques du maillage#

Le maillage sain initial est relativement grossier: 2508 nœuds et 11945 TETRA4. La taille des mailles est \({h}_{0}=1m\) . On utilise une procédure de raffinement successif pour aboutir à une taille cible sensiblement identique à celle de la modélisation A, soit \({h}_{c}=0,025m\) . Pour cela, on appelle Homard de manière itérative. Après raffinement, la taille des mailles proches du fond de fissure est \(h=0,015625m\) . On raffine toutes les mailles dans un disque de rayon \(5h\) autour du fond de fissure.

Nombre de nœuds: 18166

Nombre de mailles et type: 103079 TETRA4

La longueur caractéristique d’un élément près du fond de fissure est de 0,0156 m.

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Figure 5.2-1: maillage initial

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Figure 5.2-2: maillage raffiné

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Figure 5.2-3: Carte de taille sur une coupe du maillage raffiné

5.3. Conditions aux limites et chargements#

  • Un effort surfacique de traction est appliqué sur les faces supérieure, inférieure et extérieure;

  • Les conditions de symétrie sur les faces latérales sont appliquées;

  • Le mode rigide de déplacement suivant l’axe \(\mathit{Oy}\) est bloqué via le blocage d’un nœud suivant cet axe.

5.4. Grandeurs testées et résultats#

Le choix des paramètres numériques pour le post-traitement des SIFs est identique à celui fait pour la modélisation A: \({R}_{\inf}=2h\) et \({R}_{\sup}=5h\) .

5.4.1. Valeurs issues de CALC_G_XFEM#

Les valeurs sont en \(\mathit{Pa}.\sqrt{m}\) .

Identification

Type de référence

Valeur de référence

Tolérance

\(max({K}_{I})\)

“ANALYTIQUE”

1,177 106

5%

\(min({K}_{I})\)

“ANALYTIQUE”

1,177 106

2%

\(max({K}_{\mathit{II}})\)

“ANALYTIQUE”

0,3153 106

15%

\(min({K}_{\mathit{II}})\)

“ANALYTIQUE”

0,3153 106

5%

5.4.2. Valeurs issues de POST_K1_K2_K3#

Les valeurs sont en \(\mathit{Pa}.\sqrt{m}\) .

Identification

Type de référence

Valeur de référence

Tolérance

\(max({K}_{I})\)

“ANALYTIQUE”

1,177 106

2%

\(min({K}_{I})\)

“ANALYTIQUE”

1,177 106

9%

\(max({K}_{\mathit{II}})\)

“ANALYTIQUE”

0,3153 106

14%

\(min({K}_{\mathit{II}})\)

“ANALYTIQUE”

0,3153 106

2%

5.4.3. Commentaires#

En raffinant davantage le maillage, on peut diminuer l’erreur, mais le temps de calcul devient incompatible avec celui d’un cas-test.

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Figure 5.4.3-1: comparaison des K entres les différentes méthodes