Présentation d un calcul fait avec les 3 logiciels CATIA, ANSYS et RDM6 Unité mixte de recherche CNRS-IN2P3 Université Paris-Sud 11

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1 Présentation d un calcul fait avec les 3 logiciels CATIA, ANSYS et RDM6 Unité mixte de recherche CNRS-IN2P3 Université Paris-Sud Orsay cedex Tél. : Fax : Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 1/36

2 Le projet AUGER Recherche des rayons cosmiques de très haute énergie. Détection des particules grâce à 1500 cuves remplies d eau désionisée. Interaction par effet Cerenkov. Installé dans la pampa argentine sur les hauts plateaux le long de la cordillère des Andes. Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 2/36

3 Erreur sur CAO pour les 3 trappes de visite La cuve IPN Orsay Une cuve de test de l électronique installée à l IPNO en Estrade pour pouvoir placer un détecteur de trigger sous la cuve. Trigger haut Chargement: 12 tonnes d eau, 1.2 m de hauteur et 3 personnes sur la cuve pour l installation. Points d accrochage pour le transport et la manutention. Estrade Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 3/36

4 Organisation d un calcul élément finis Méthode identique pour les 3 logiciels (pour un calcul statique linéaire) - Définition de la géométrie (simplification CAO) - Choix du type de modélisation (2D, 2D axi, 3D) Fonction du logiciel et rebouclage - Création du maillage (choix des éléments: poutre, coques, volumes) - Définition des propriétés matériaux et géométriques (épaisseur coque / sections poutres) - Définition des chargements et des conditions aux limites (CDL) - Résolution du problème discrétisé - Post-traitement (analyse déplacement et contraintes) Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 4/36

5 Etude de la mécanique support et cuve Quatre ensembles étudiés ici : - la cuve en éléments surfaciques - le châssis support en éléments poutres - les plaques de l estrade en éléments surfaciques - Les points d accrochages en éléments volumiques Point d accrochage Cuve Plancher bois Châssis Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 5/36

6 A-Calcul de la cuve Fichiers pour l analyse CATIA: Géométrie: CUVE-FINAL.CATPart Modèle EF: Analysis1_cuve_surf_v2.CATAnalysis Excel d interpolation: cuve_pression_hydrostatique.xls Fichiers pour l analyse ANSYS: Géométrie: CUVE-FINAL.CATPart Modèle EF: cuve surf_v2.wbpj Fichiers pour l analyse RDM6: Géométrie: cuve2d.geo Modèle EF: cuve2d.cal Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 6/36

7 Détails sur la cuve et modèle géométrique - Masse 411 Kg - Diamètre 3600 mm et hauteur d eau 1200 mm - Contient de l eau (Rho=1000 Kg/m3) - Epaisseur 8 mm sauf ceinture à 16 mm Matériau PE-HD (Goodfellow, ANSYS): E=1200MPa, Rho=950 Kg/m3, Poisson=0,42, Limite élastique= 15 MPa Epaisseur 8 mm Hauteur d eau 1200 mm Ceinture Epaisseur 16 mm Axe Z Simplification de la forme Axe X Diamètre 3600 mm Axe Y Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 7/36

8 Maillage avec CATIA Faire surfaces géométriques distinctes car pressions et épaisseurs différentes (Attention au sens des normales des faces) 1- Soit créer un assemblage complet et le mailler => un seul maillage. Ensuite définir comme objet de travail à n-1 (désactiver assemblage) pour affecter des propriétés aux multiples surfaces sélectionnables. 2- Soit mailler les multiples surfaces et connecter les maillages par connexion d analyse (attention au pas ). L affectation des propriétés est possible directement. Le maillage en surfacique se fait dans le module «advanced meshing tools» Les connexions d analyse se font dans «generative structural analysis» Attention au pas de maillage ~taille des éléments Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 8/36

9 Chargement et CDL avec CATIA Déplacement X et Y =0 sur le centre dessus (blocage rotation) Pression hydrostatique P=Rho*g*h Accélération gravité 9,81 m/s² (à vérifier par mesure de réaction) Déplacement Z=0 pour le fond Fichier Excel d interpolation: cuve_pression_hydrostatique.xls Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 9/36

10 Résultats avec CATIA Déplacements Contraintes Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

11 Définition avec ANSYS - Importation STEP (ou CatPart) du modèle, en 2 parties surfaciques «haut» (8mm) et «bas» (16 mm) dans le design modeler (à générer) - Connexion automatique des 2 pièces maillées - Application des chargements et des CDL (idem CATIA) Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

12 Résultats avec ANSYS Déplacements Contraintes Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

13 Modélisation avec RDM6 - Modélisation 2D axisymétrique avec épaisseurs différentes sur la géométrie - Blocage du fond en Z autres DDL bloqués par axisymétrie - Application de la gravité et de la pression hydrostatique en deux créneaux Conditions aux limites Géométrie Chargement: pression hydrostatique 1: 9000 Pa 2: 3000 Pa Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

14 Résultats avec RDM6 (1/2) Contraintes maximales à 1,27MPa sur le tiers de la hauteur Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

15 Résultats avec RDM6 (2/2) Déplacements: -3,8 mm vertical du haut de la cuve 1,74mm horizontal de la périphérie Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

16 B-Calcul du châssis Fichiers pour l analyse CATIA: Géométrie: châssis squelette.catpart Modèle EF: Analysis-chasis_squelette.CATAnalysis Fichiers pour l analyse ANSYS: Géométrie: chassis squelette.catpart Modèle EF: chassis squelette v3.wbpj Fichiers pour l analyse RDM6: Import CATIA: chassis squelette.igs Géométrie et modèle EF: chassis-rdm6.por Tubes en 80x80, 160x80 et 40x80 2 m Caractéristiques matériau: Acier: E = MPa Poisson = 0,3 Limite élastique = 250 MPa Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

17 Définition de la CAO filaire avec CATIA CAO de la fibre neutre (décalage de la section) Polylignes ou lignes+assemblage Choses à faire pour préparer la modélisation sous CATIA: Problème CATIA pour mettre les propriétés différentes entre poutres => Créer des assemblages par groupes Enlever vérifier manifold pour créer assemblages partielles et totaux Prévoir des points d orientation dans CATIA pour l orientation des sections de poutre Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

18 Modélisation avec CATIA Chargement linéique (N/m) Blocage des nœuds Désactiver l assemblage final pour sélectionner chaque groupe et imposer chaque propriété poutre Matériaux et sections des poutres (Pb pour voir décalage) Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

19 Résultats avec CATIA Déplacements Contraintes: ne sait pas les donner dans la section de poutre => contraintes nulles en flexion sur la fibre neutre Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

20 Modélisation avec ANSYS Import de la CAO CATIA Chargement linéique Création de section droite puis attribution sur ligne Blocage des nœuds Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

22 Modélisation avec RDM6 Import de la CAO CATIA en IGES Définition des sections de poutres CDL et chargement Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

23 Résultats avec RDM6 (1/2) Déplacement Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

24 Résultats avec RDM6 (2/2) Contraintes Détail contraintes Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

25 C-Calcul de la plaque Fichiers pour l analyse RDM6: Géométrie: plaque_bois.geo Modèle EF: plaque_bois.pla Fichiers pour l analyse CATIA: Géométrie: plaque bois.catpart Modèle EF: Analysis1_plaque_bois.CATAnalysis Fichiers pour l analyse ANSYS: Géométrie: plaque bois.catpart Modèle EF: plaque_bois.wbpj Calcul d une plaque de 1x1 m² encastré à ses extrémités 1 m Caractéristiques matériaux: Bois CTP (non certifié) E = 5000MPa Poisson = 0,40 Limite rupture = 50 MPa Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

26 Modélisation avec RDM6 Procédure RDM6: Module éléments finis Dessin maillage Création de points en diagonale Création d un carre Mailler delaunay cliquer triangle à 3 nœuds Suite: Fichier / «flexion des plaques» Matériau bois CTP à définir Epaisseur 25mm Liaison encastrement sur les bords 0,012MPa sur toute la plaque Calculer analyse statique Résultats iso valeurs déplacements et contraintes Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

27 Résultats avec RDM6 Contraintes Déplacements Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

28 Résultats avec CATIA Déplacements Contraintes Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

30 D-Calcul du point d accrochage Pour le transport et le levage: points d arrêt pour passage d une sangle 3 accroches: chargement = réaction au poids de la cuve à vide / 3 = 411 Kg*9,81/3=1343,97N Matériau PEHD Fichiers pour l analyse CATIA: Géométrie: accrochage_cuve.catpart Modèle EF: Analysis1_accroche.CATAnalysis Fichiers pour l analyse ANSYS: Géométrie et modèle EF: accroche.wbpj Fichiers pour l analyse RDM6: Import géométrie: accrochage_cuve.igs Géométrie : accroche.geo Modèle EF: accroche.cal Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

31 Modélisation avec CATIA 3 accroches: chargement = réaction au poids de la cuve à vide / 3 = 411 Kg*9,81/3=1343,97N Matériau PEHD Maillage tétrahédrique parabolique Conditions aux limites Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

32 Résultats avec CATIA Contraintes Déplacements Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

33 Résultats avec ANSYS (import CATIA) Déplacements Contraintes Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

34 Modélisation avec RDM6 Import IGES de CATIA du contour 2D Modélisation 2D d épaisseur de l accroche Application des charges Blocage des extrémités Epaisseur 16 mm Renfort avec blocage ligne verticale pour simuler épaisseur plaque => Calcul approché Conditions aux limites Chargement Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

35 Résultats avec RDM6 Déplacement Contraintes Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

36 Bilan et conclusion Elément CATIA ANSYS RDM6 Déformée (mm) 4,37 max / 1,74 péri. 4,9 max / 1,67 péri. 3,8 max / 1,74 péri. CUVE Contraintes (Mpa) (limite < 15 Mpa) 1,1 1,1 1,3 Déformée (mm) 3,71 1,85 1,6 CHASSIS Contraintes (Mpa) (limite < 250 Mpa) ,8 Déformée (mm) 2 1,96 2,5 PLAQUE Contraintes (Mpa) (limite < 50 Mpa) 4,1 3,1 5,16 Déformée (mm) 2,16 2,3 3,2 ACCROCHE Contraintes (Mpa) (limite < 15 Mpa) 12,5 8,3 11,6 Différence entre logiciels: - Accroche: Même matériau mais plus rigide pour CATIA (maillage tétra?) - Châssis: Ecart déformée CATIA (?) - RDM6: ne peut avoir même type de modèle et pourtant les résultats sont proches Conclusion: - L ordre de grandeur est le même - Pas de risque de rupture en contraintes - Déformée de 5,7 mm max au milieu d une plaque => négligeable / taille de l objet : ~1/1000 => RISQUE depuis 2002: Corrosion et pourrissement du bois pouvant altérer les matériaux Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

37 Backup Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36

38 Rosier Ph. IPNO 16/06/ /36