1. Problème de référence#

1.1. Géométrie#

_images/1000000000000369000002EE6750F35D39BC4406.png _images/10000000000003C3000001B66DA929363A3F92B4.png

Figure 1.1-a : Géométrie (essais ELSA réalisés par le CEA/EMSI).

Groupe de mailles:

\(\mathit{POUTRES}\) : ensemble des tuyaux droits

\(\mathit{COUDES}\) : ensemble des tuyaux coudés

\(\mathrm{PATVAN},\mathrm{VANNE},\mathrm{ENCBIS1},\mathrm{ENC1},\mathrm{ENC2}\)

\(\mathrm{ENCBIS2},\mathrm{PATBIELA},\mathrm{PATBIELB}\)

\(\mathrm{PATBIELC},\mathrm{BIELA},\mathrm{BIELB},\mathrm{BIELC},\mathrm{CDGVAN}\)

Groupe de nœuds:

\(A,\mathrm{...},L\)

Géométrie des tuyaux:

\(\mathit{SECTION}A\)

  • Groupes de mailles : \(\mathit{POUTRES}\) \(\mathit{COUDES}\) \(\mathit{PATVAN}\)

    • \(R=8.485\times {10}^{\text{-2}}m\) Rayon extérieur

    • \(\mathrm{EP}=7.345\times {10}^{\text{-3}}m\) Epaisseur

  • Groupes de mailles : \(\mathit{BIELA}\) , \(\mathrm{BIELB}\) , \(\mathrm{BIELC}\)

  • \(R=38.05\times {10}^{\text{-3}}m\) Rayon extérieur

  • \(\mathrm{EP}=4.5\times {10}^{\text{-3}}m\) Epaisseur

\(\mathit{SECTION}B\)

  • Groupes de mailles : \(\mathrm{PATBIELC}\)

  • \(R=4.55\times {10}^{\text{-2}}\) Rayon

  • Groupes de mailles : \(\mathit{PATBIELA}\)

  • \(\mathrm{R1}=8.6\times {10}^{\text{-2}}m\) Rayon à l’extrémité 1

  • \(\mathrm{R2}=4.55\times {10}^{\text{-2}}m\) Rayon à l’extrémité 2

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Figure 1.1-b : Modélisation de la géométrie.

1.2. Propriétés élastiques des matériaux#

  • \(\mathrm{POUTRES}\) :

    • Module de Young: \(E=1.9\times {10}^{11}\mathrm{Pa}\)

    • Coefficient de Poisson: \(\nu =0.3\)

    • Masse volumique: \(\rho =1.30273\times {10}^{4}\mathrm{kg}{m}^{\text{-3}}\)

  • \(\mathrm{COUDE1},\mathrm{COUDE2},\mathrm{COUDE3},\mathrm{COUDE4}\) :

    • Module de Young: \(E=1.9\times {10}^{11}\mathrm{Pa}\)

    • Coefficient de Poisson: \(\nu =0.3\)

    • Masse volumique: \(\rho =1.47373\times {10}^{4}\mathrm{kg}{m}^{\text{-3}}\)

    • Pente de la courbe de traction : \(D\text{\_}\mathrm{SIGM}\text{\_}\mathrm{EPSI}=7.67\times {10}^{9}N{m}^{\text{-2}}\)

    • Limite d’élasticité : \(\mathit{SY}=121.2\times {10}^{6}N{m}^{\text{-2}}\)

    • Constante de \(\mathrm{PRAGER}\) : \(C=5.328434\times {10}^{9}\)

La limite d’élasticité a été réduite afin de plastifier plus tôt.

  • \(\mathrm{PATVAN}\) :

    • Module de Young : \(E=1.9\times {10}^{11}\mathrm{Pa}\)

    • Coefficient de Poisson : \(\nu =0.3\)

    • Masse volumique : \(\rho =0.0\mathrm{kg}{m}^{\text{-3}}\)

  • \(\mathrm{PATBIELA}\) :

    • Module de Young : \(E=1.8\times {10}^{11}\mathrm{Pa}\)

    • Coefficient de Poisson : \(\nu =0.3\)

    • Masse volumique : \(\rho =4.43\times {10}^{3}\mathrm{kg}{m}^{\text{-3}}\)

  • \(\mathrm{PATBIELC}\) :

    • Module de Young : \(E=1.8\times {10}^{11}\mathrm{Pa}\)

    • Coefficient de Poisson : \(\nu =0.3\)

    • Masse volumique : \(\rho =6.92\times {10}^{3}\mathrm{Kg}/{m}^{3}\)

  • \(\mathrm{BIELA},\mathrm{BIELB},\mathrm{BIELC}\) :

    • Module de Young : \(E=1.8\times {10}^{11}\mathrm{Pa}\)

    • Coefficient de Poisson : \(\nu =0.3\)

    • Masse volumique : \(\rho =6.86\times {10}^{3}\mathrm{kg}{m}^{\text{-3}}\)

  • \(\mathrm{POUTRES}\) :

    • Module de Young : \(E=1.9\times {10}^{11}\mathrm{Pa}\)

    • Coefficient de Poisson : \(\nu =0.3\)

    • Masse volumique : \(\rho =1.47373\times {10}^{4}\mathrm{kg}{m}^{\text{-3}}\)

  • \(\mathrm{PATBIELB}\) masse ajoutée:

\([M]=\left[\begin{array}{ccc}m& 0.& 0.\\ 0.& m& 0.\\ 0.& 0.& m\end{array}\right]\) avec \(m=2.46\mathrm{kg}\)

  • \(\mathrm{CDGVAN}\) (centre de gravité de la vanne) masse ajoutée:

\([M]=\left[\begin{array}{cccccc}m& 0.& 0.& 0.& -{\mathrm{m.e}}_{z}& -{\mathrm{m.e}}_{y}\\ 0.& m& 0.& {\mathrm{m.e}}_{z}& 0.& -{\mathrm{m.e}}_{x}\\ 0.& 0.& m& -{\mathrm{m.e}}_{y}& {\mathrm{m.e}}_{x}& 0.\\ 0.& 0.& 0.& {V}_{xx}& {V}_{xy}& {V}_{xz}\\ 0.& 0.& 0.& 0.& {V}_{yy}& {V}_{yz}\\ 0.& 0.& 0.& 0.& 0.& {V}_{zz}\end{array}\right]\) avec \(\begin{array}{c}{V}_{xx}={I}_{xx}+m({e}_{y}^{2}+{e}_{z}^{2})\\ {V}_{yy}={I}_{yy}+m({e}_{x}^{2}+{e}_{z}^{2})\\ {V}_{zz}={I}_{zz}+m({e}_{x}^{2}+{e}_{y}^{2})\\ {V}_{xy}={I}_{xy}-{\mathrm{m.e}}_{x}{e}_{y}\\ {V}_{yz}={I}_{yz}-{\mathrm{m.e}}_{y}{e}_{z}\\ {V}_{xz}={I}_{xz}-{\mathrm{m.e}}_{x}{e}_{z}\end{array}\)

    • \(m=275\mathrm{kg}\) masse

    • \(\left[\begin{array}{c}{I}_{xx}=2.696123\\ {I}_{yy}=3.81480\text{}\\ \text{}{I}_{zz}=0.9166667\\ \text{}{I}_{xy}={I}_{xy}={I}_{yz}=0.\end{array}\right]\) valeurs du tenseur d’inertie massique

    • \({e}_{x}={e}_{y}={e}_{z}=0.\) composante du vecteur d’excentrement de la masse

La non-linéarité est due au comportement matériau dans les coudes.

La loi de comportement employée est : sous COMORTEMENT: RELATION=”VMIS_ECMI_LINE”, ce qui correspond à de l’élastoplasticité à écrouissage mixte isotrope et cinématique linéaire.

1.3. Conditions aux limites et chargements#

Déplacements imposés:

  • \(\mathrm{ENC1},\mathrm{ENCBIS1}\) :

\(\mathit{DX}=\mathit{DY}=\mathit{DZ}=\mathit{DRX}=\mathit{DRY}=\mathit{DRZ}=0\)

  • \(\mathrm{ENC2},\mathrm{ENCBIS2}\) :

\(\mathit{DX}=\mathit{DY}=\mathit{DZ}=\mathit{DRX}=\mathit{DRY}=\mathit{DRZ}=0\)

  • \(\mathrm{PATBIEL4}\) :

\(\mathrm{DX}=\mathrm{DY}=\mathrm{DZ}=\mathrm{DRZ}=0\)

  • \(\mathit{PATBIEL3}\) :

\(\mathit{DRZ}=0\)

Liaisons imposées:

  • \(\mathrm{PATVAN},\mathrm{VANNE}\) : LIAISON_SOLIDE

  • \(\mathrm{PATBIEL3},\mathrm{PATBIEL2}\) : LIAISON_UNIF (DX,DY,DZ)

Pression imposée:

  • \(\mathrm{COUDES},\mathrm{POUTRES}\) :

\(\mathit{PRES}=120.5\mathit{Pa}\)

Chargement sismique:

  • La structure est soumise à un chargement sismique suivant la direction X. L’accélérogramme imposé se caractérise par une durée totale de \(40,95s\) et un pas de temps de \(0,01s\) .

1.4. Conditions initiales et liste d’instants de calcul#

Le système est initialement au repos.

Pour limiter le temps CPU, on ne va mener la simulation numérique que jusqu’à un instant final valant \(0,17s\) . A cet instant, le niveau de chargement atteint est tel que la plasticité s’est déjà déclarée.

On construit une liste d’instants de calcul optimisée: le pas de temps passant de \(0,01s\) à 0,001 s afin d’aller vite en linéaire et de réduire le pas de temps juste avant la plastification.