SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces intersectées avec X-FEM

Documents pareils
SDLS08 - Modes propres d'une plaque carrée calculés sur base réduite

Rupture et plasticité

Sujet proposé par Yves M. LEROY. Cet examen se compose d un exercice et de deux problèmes. Ces trois parties sont indépendantes.

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Cours Fonctions de deux variables

SSNL126 - Flambement élastoplastique d'une poutre droite. Deux modélisations permettent de tester le critère de flambement en élastoplasticité :

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

TUTORIAL 1 ETUDE D UN MODELE SIMPLIFIE DE PORTIQUE PLAN ARTICULE

SSNV143 - Traction biaxiale avec la loi de comportement BETON_DOUBLE_DP

Les correcteurs accorderont une importance particulière à la rigueur des raisonnements et aux représentations graphiques demandées.

SSLS116 - Chargement membranaire d une plaque excentrée

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Fonctions de plusieurs variables

Calculs de probabilités avec la loi normale

Repérage d un point - Vitesse et

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Notes du cours MTH1101N Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

FctsAffines.nb 1. Mathématiques, 1-ère année Edition Fonctions affines

NOEUD HERRINGBONE-PINEAPPLE STANDARD TYPE and PASS

SDLV120 - Absorption d'une onde de compression dans un barreau élastique

Rappel. Analyse de Données Structurées - Cours 12. Un langage avec des déclaration locales. Exemple d'un programme

Utilisation des tabelles de dimensionnement

MAQUETTE DE MAISON EN BOIS ET EN BRIQUES

Test : principe fondamental de la dynamique et aspect énergétique

ANALYSE CATIA V5. 14/02/2011 Daniel Geffroy IUT GMP Le Mans

CNAM UE MVA 210 Ph. Durand Algèbre et analyse tensorielle Cours 4: Calcul dierentiel 2

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Initiation à la Mécanique des Fluides. Mr. Zoubir HAMIDI

CHAPITRE VIII : Les circuits avec résistances ohmiques

G.P. DNS02 Septembre Réfraction...1 I.Préliminaires...1 II.Première partie...1 III.Deuxième partie...3. Réfraction

Introduction : Cadkey

3 Approximation de solutions d équations

Les Conditions aux limites

= 1 si n = m& où n et m sont souvent des indices entiers, par exemple, n, m = 0, 1, 2, 3, 4... En fait,! n m

Yves Debard. Université du Mans Master Modélisation Numérique et Réalité Virtuelle.

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

PROBABILITÉS CONDITIONNELLES

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Chapitre XIV BASES PHYSIQUES QUANTITATIVES DES LOIS DE COMPORTEMENT MÉCANIQUE. par S. CANTOURNET 1 ELASTICITÉ

Continuité et dérivabilité d une fonction

Onveutetudierl'equationdierentiellesuivante

Quick Tower. Blocs verticaux nus Page 123. Quick Point. Plaques pour Quick Tower Page 124. Präge Fix. Makro Grip. Quick Point. Quick Tower.

ÉTUDE DE L EFFICACITÉ DE GÉOGRILLES POUR PRÉVENIR L EFFONDREMENT LOCAL D UNE CHAUSSÉE

Examen optimisation Centrale Marseille (2008) et SupGalilee (2008)

Comment tracer une droite représentative d'une fonction et méthode de calcul de l'équation d'une droite.

INTRODUCTION. A- Modélisation et paramétrage : CHAPITRE I : MODÉLISATION. I. Paramétrage de la position d un solide : (S1) O O1 X

Probabilités sur un univers fini

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Corrigé Exercice 1 : BRIDE HYDRAULIQUE AVEC HYPOTHÈSE PROBLÈME PLAN.

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

Modèles bi-dimensionnels de coques linéairement élastiques: Estimations de l écart entre leurs solutions.

Exo7. Calculs de déterminants. Fiche corrigée par Arnaud Bodin. Exercice 1 Calculer les déterminants des matrices suivantes : Exercice 2.

Jean-Marc Schaffner Ateliers SCHAFFNER. Laure Delaporte ConstruirAcier. Jérémy Trouart Union des Métalliers

Vision industrielle et télédétection - Détection d ellipses. Guillaume Martinez 17 décembre 2007

Analyse statique d une pièce

Manuel de validation Fascicule v4.25 : Thermique transitoire des structures volumiques

Une approche statique quasi-périodique de la capacité portante des groupes de micropieux

T.P. FLUENT. Cours Mécanique des Fluides. 24 février 2006 NAZIH MARZOUQY

CONNECT Comptabilité - Liste des fonctionnalités TABLE DES MATIERES

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

1 Définition. 2 Systèmes matériels et solides. 3 Les actions mécaniques. Le système matériel : Il peut être un ensemble.un sous-ensemble..

Intégrales doubles et triples - M

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

Les connexions. Multifonctions. Avantage. Forme ronde et non carrée :

Modélisation et simulation

Introduire un nouveau type de maille ou un nouvel élément de référence

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Fiche Technique d Évaluation sismique : Construction basse en Maçonnerie Non-armée, Chaînée, ou de Remplissage en Haïti

CHAPITRE 10. Jacobien, changement de coordonnées.

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

La méthode des éléments finis et le contrôle des calculs

Généralités sur les matériaux composites

Poudlard But Matériel : Mise en place Prologue d'emplacements différents

Projet de traitement d'image - SI 381 reconstitution 3D d'intérieur à partir de photographies

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

Cours IV Mise en orbite

- I - Fonctionnement d'un détecteur γ de scintillation

Fiche PanaMaths Calculs avec les fonctions sous Xcas

Cours de Résistance des Matériaux (RDM)

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

Contexte. Pour cela, elles doivent être très compliquées, c est-à-dire elles doivent être très différentes des fonctions simples,

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Structures algébriques

SEANCE 4 : MECANIQUE THEOREMES FONDAMENTAUX

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Guide de conception. Sécurité incendie des halls industriels

Le point de vue du contrôleur technique

3. Caractéristiques et fonctions d une v.a.

DEVELOPPEMENT ET MAINTENANCE DE LOGICIEL: OUTIL DE PILOTAGE

Master Informatique et Systèmes. Architecture des Systèmes d Information. 03 Architecture Logicielle et Technique

Cours de résistance des matériaux

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

La fonction exponentielle

Marchés oligopolistiques avec vente d un bien non homogène

Introduction : Les modes de fonctionnement du transistor bipolaire. Dans tous les cas, le transistor bipolaire est commandé par le courant I B.

Capacité d un canal Second Théorème de Shannon. Théorie de l information 1/34

Mécanique des sols I. Chapitre I Propriétés physiques des sols. Chapitre II Hydraulique des sols. Chapitre III Déformations des sols

Transcription:

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 1/32 SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces intersectées avec X-FM Résumé : Ce test permet de valider l'approche intersection avec X-FM. Il s'agit d'un cas test où l'on introduit trois fissures. La première fissure coupe complètement le domaine. Les deux autres fissures sont définies par une même level-set normale. lles sont branchées de part et d'autre de la première via le mot clé JONCTION de l'opérateur DFI_FISS_XFM. La double jonction forme alors une intersection. On teste l'approche avec et sans contact.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 2/32 1 Problème de référence 1.1 Géométrie La structure est un carré sain dans lequel on introduit deux interfaces, en rouge sur la figure 1.1-a. Les deux interfaces se croisent, Les dimensions de la structure ainsi que la position des interfaces sont données sur cette figure. 5 5 1 3 5 2 4 5 Figure 1.1-a : Géométrie de la structure, position des interfaces et numérotation des zones utilisées pour tester l'écart entre les déplacements calculés et les déplacements analytiques. 1.2 Propriétés du matériau Le matériau a un comportement élastique isotrope dont les propriétés sont: Module d'young : 100 MPa Coefficient de poisson : 0.3 1.3 Conditions aux limites et chargements Dans le cas sans contact (modélisations A à D), on applique des conditions en déplacement sur les bords gauche et droit de la structure, de manière à ce que chacune des 4 zones ait un déplacement différent des autres selon X. Ce chargement est représenté figure 1.3-a. On bloque les déplacements en Y (et en Z pour les modélisations 3 D ) sur ces mêmes bords. On obtient alors des déplacements de modes rigides pour les 4 blocs. -0,25-0,5 1 3 Y x 2 4 0,75 1,0 Figure 1.3-a : Illustration des conditions aux limites et des chargements, cas sans contact.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 3/32 Dans le cas du contact (modélisations à H), on impose des conditions de rouleau sur les bords gauche et bas et on applique la pression en escalier de la figure 1.3-b sur les bords droit et haut. Ce chargement est représenté figure 1.3-c. Chaque bloc est alors compressé de manière uniforme selon X et Y. Pour les modélisations 3D, une condition de rouleau est imposée en Z =0. Press 2 1 0 x Figure 1.3-b : Pression imposé selon X sur le bord haut et selon Y sur le bord droit, (en MPa ). Press(X) 1 3 Y x 2 4 Press(Y) Figure 1.3-c : Illustration des conditions aux limites et des chargements, cas avec contact.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 4/32 2 Solution de référence Soit Ω=[ 5,+5] [ 5,+5] le domaine occupé par le solide, dans le plan (X, Y ). Le domaine Ω est partitionné en Ω=Ω 1 Ω 2 Ω 3 Ω 4., où on a posé : 2.1 Cas sans contact Ω 1 = [ 5,0 [ ]0,+5 ], Ω 2 =[ 5,0 [ [ 5,0[, Ω 3 =]0,+5 ] ]0,+5], Ω 4 =]0,+5 ] [ 5,0[. Sans contact, chaque zone doit subir un mouvement de corps rigide correspondant à la condition limite imposée sur son bord (droit ou gauche). L'énergie de la structure est donc : Le champ de déplacement solution analytique est : avec : 1 4 u x ( x, y)={ 1 2 e =0. u=u x ( x, y) e x, pour (x, y) [ 5,0 [ ]0,+5 [, pour (x, y) [ 5,0 [ [ 5, 0 [, + 3 4 pour (x, y) ]0,+5 ] ]0,+5 ], +1 pour ( x, y) ]0,+5 ] [ 5,0 [, La norme L 2 du déplacement est définie par : On a donc : Soit : u 2 L 2= Ω u 2 d Ω. u 2 L 2=25 ( 1 16 + 1 4 + 9 16 +1 ) =25 15 8. u L 2= 5 2 15 2 6,84653196881 m2. Ce résultat est valable dans le cas des contraintes planes et des déformations planes. Dans le cas 3D, l'épaisseur choisie est 1 m. L'expression de la norme L 2 du déplacement est identique, mais les unités sont modifiées.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 5/32 On a alors : 2.2 Cas avec contact u L 2= 5 2 15 2 6,84653196881 m 5 2. Soit : p x ( y 1 MPa pour y [ 5,0 [ )={ 2 MPa pour y ]0,+5 ] et p y ( 1 MPa pour x [ 5,0 [ x)={ 2 MPa pour x ]0,+5 ]. On a donc par définition : p x ( y)=2 et p y (x)=1, dans Ω 1, p x ( y)=1 et p y (x)=1, dans Ω 2, p x ( y)=2 et p y (x)=2, dans Ω 3, p x ( y)=1 et p y (x)=2, dans Ω 4. éq 2.2-1 2.2.1 Cas des déformations planes Le tenseur des contraintes solution analytique est : On a : σ= p x ( y)e x e x p y ( x)e y e y ν( p x ( y )+ p y (x))e z e z tr (σ )= (1+ν)( p x ( y)+ p y (x)). Le tenseur des déformations est obtenu en appliquant la loi de Hooke : où I est le tenseur identité. On a donc : On a donc : D'où : ε= 1+ν σ ν tr (σ )I, ε= ( (1+ν)(1 ν) p x( y) ( (1+ν)(1 ν) p y (x) σ :ε= (1+ν)(1 ν) ( p x ( y)) 2 2 ν(1+ν) e = 1 2 ν(1+ν) p y( x) ν(1+ν) p x ( y ) ) e e x x ) e e y y p x ( y) p y (x)+ (1+ν)(1 ν) ( p y (x)) 2. 1+ν Ω [(1 ν) ( p x ( y)) 2 2ν p x ( y) p y (x)+(1 ν) ( p y (x)) 2 ]dω

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 6/32 On a donc d'après l'équation 2.2-1 : Soit : On a : On a donc : e = 1 2 t finalement : 1+ν [ Ω1 [4 (1 ν) 4 ν+(1 ν)] d Ω+ Ω2 [(1 ν) 2 ν+(1 ν)] d Ω + Ω3 [4(1 ν) 8 ν+4(1 ν)] d Ω+ Ω4 [(1 ν) 4 ν+4 (1 ν)] d Ω ]. e = 1 2 1+ν [ (5 9ν ) Ω 1 +(2 4 ν ) Ω 2 +(8 16ν ) Ω 3 + (5 9 ν) Ω 4 ]. e = 1 2 1+ν Ω 1 = Ω 2 = Ω 3 = Ω 4 =5 5=25. 25 [(5 9 ν)+(2 4 ν)+(8 16 ν)+(5 9 ν).] e = 25(1+ν)(10 19ν) =1,3975 MJ m 1. Le champ de déplacement analytique u=u x e x +u y e y s'obtient en intégrant les déformations : x u x = 5 y u y = 5 ε xx dx, ε yy dy, car les conditions limites appliquées sont u x (x= 5)=0 et u y ( y= 5)=0. Il est à noter que le tenseur des déformations est discontinu. On a en effet : (1+ν)(2 3 ν) (1+ν)(1 3 ν) e x e x e y e y, dans [ 5,0 [ ]0,+5 ] ε={ (1+ν)(1 2ν) e x e x (1+ν)(1 2ν) e y e y, dans [ 5,0 [ [ 5,0 [ 2(1+ν)(1 2 ν) (1+ν)(1 3ν) e x e x e x e x 2(1+ν)(1 2ν) e y e y, dans ]0,+5] ]0,+5] (1+ν)(2 3 ν) e y e y, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [ On remarque que le champ de déformations est discontinu au travers des droites d'équation x=0 et y=0. Il est donc nécessaire de distinguer les cas selon le signe de la coordonnée sur laquelle on intègre pour expliciter la valeur des intégrales.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 7/32 On a ainsi : ={ u x 5 0 0 5 x 5 [ (1+ν)(2 3ν) ] dx, dans [ 5,0 [ ]0,+5] [ x (1+ν)(1 2 ν) 5 ] dx, dans [ 5,0 [ [ 5,0 [ [, (1+ν)(2 3 ν) ] dx+ x 0 [ 2(1+ν)(1 2ν) ] dx, dans ]0,+5 ] ]0,+5 ] [ (1+ν)(1 2ν) ] [ dx+ x (1+ν)(1 3 ν) 0 ] dx, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [ et 0 u y ={ 5 [ (1+ν)(1 2ν) ] dy+ 0 y 5 [ (1+ν)(1 2ν) [ 0 (1+ν)(2 3 ν) 5 ] dy+ y 0 y 5 [ (1+ν)(2 3 ν) ] y [ (1+ν)(1 3 ν) ] dy, dans [ 5,0[ ]0,+5 ] ] dy, dans [ 5,0 [ [ 5,0[ ] [ 2(1+ν)(1 2 ν) dy, dans ]0,+5 ] [ 5, 0[ dy, dans ]0,+5] ]0,+5]. Soit : (1+ν)(2 3ν) (1+ν)(2 3 ν) x 5, dans [ 5,0 [ ]0,+5 ] (1+ν)(1 2 ν) x 5 u x ={ (1+ν)(1 2ν), dans [ 5, 0 [ [ 5, 0 [ 2(1+ν)(1 2ν), éq 2.2-2 (1+ν)(2 3 ν) x 5, dans ]0,+ 5 ] ]0,+5 ] (1+ν)(1 3 ν) (1+ν)(1 2 ν) x 5, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [ et : ={ u y (1+ ν)(1 3 ν) (1+ν)(1 2ν) 2(1+ν)(1 2ν) (1+ν)(2 3 ν) y 5 (1+ν)(1 2 ν) y 5, dans [ 5,0 [ ]0,+5 ] y 5 (1+ν)(1 2ν), dans [ 5, 0 [ [ 5, 0 [ (1+ν)(2 3 ν) y 5, dans ]0,+5 ] ]0,+5 ] (1+ν)(2 3 ν), dans ]0,+5 ] [ 5, 0 [. éq 2.2-3

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 8/32 Il est à noter que le champ de déplacement n'est pas continu. Le champ étant solution d'un problème de contact, la partie normale aux interfaces du déplacement est continue et on a : et (1+ν)(1 2 ν), pour y [ 5,0 [ u x (x=0 - )=u x (x=0 )={ 5 +, (1+ν)(2 3 ν) 5, pour y ]0,+5] u y ( y=0 - )=u y ( y=0 )={ 5 (1+ν)(1 2ν), pour x [ 5,0[ +. (1+ν)(2 3 ν) 5, pour x ]0,+5 ] n revanche, la partie tangentielle du déplacement est discontinue et on a : et u y (x=0 + ) u y ( x=0 - )= ( y+5)(1+ν)(1 ν), u x ( y=0 + ) u x ( y =0 - )= ( x+5)(1+ν)(1 ν). Le calcul de l'intégrale du carré de la norme du déplacement doit donc encore une fois utiliser une partition du domaine conforme aux interfaces d'équation x=0 et y=0. On a donc : Ω u 2 d Ω= Ω1 (u x 2 +u y2 )d Ω+ Ω2 (u x 2 +u y2 )d Ω+ Ω3 (u x 2 +u y2 )d Ω+ Ω4 (u x 2 +u y2 )d Ω. On a finalement : D'où : Ω u 2 d Ω= 1250 (131ν4 +119 ν 3 115 ν 2 3685ν+40 ) 3 2. u L 2= 25 2( 131 ν4 +119 ν 3 115 ν 2 63ν+40) 0,791204250915 m 2. 3 2.2.2 Cas des contraintes planes Le tenseur des contraintes solution analytique est : On a : σ= p x ( y)e x e x p y (x)e y e y éq 2.2-4 tr (σ )= ( p x ( y)+ p y ( x)).

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 9/32 Le tenseur des déformations est obtenu en appliquant la loi de Hooke et on a : ε=[ 1+ν p x( y)+ ν (p x( y)+ p y (x))] e x e x +[ 1+ν p y(x)+ ν (p x( y)+ p y (x))] e y e y + ν ( p x ( y)+ p y (x ))e z e z t finalement : ε= ( p x ( y) L'énergie de la structure est : ν p (x) y ) e e x x ( p (x) y ν p ( y) x ) e y e y + ν ( p x ( y )+ p y (x))e z e z e = 1 2 σ :ε dω Ω On a : σ :ε =p x ( y)( p x( y) ν p y(x) ) + p (x) y ( p y(x) ν p x( y) ) Soit : σ :ε= ( p x( y)) 2 2 ν p x( y) p y (x) + ( p y(x)) 2 On a donc : e = 1 2 D'où d'après l'équation 2.2-1 : e = 1 2 Soit : On a donc : 1 Ω [( p x ( y)) 2 2 ν p x ( y) p y (x)+( p y (x)) 2 ] d Ω 1 [ Ω1 (4 4 ν+1) d Ω+ Ω2 (1 2 ν+1 ) d Ω+ Ω3 (4 8 ν+4 )d Ω+ Ω4 (1 4 ν+4 ) d Ω ]. e = 1 2 1 [ (5 4 ν) Ω 1 +(2 2 ν) Ω 2 +(8 8 ν) Ω 3 +(5 4 ν) Ω 4 ]. e = 1 2 1 25 [(5 4 ν)+(2 2 ν)+(8 8 ν)+(5 4 ν).] t finalement : e = 1 25 (10 9 ν)=1,825 MJ m 1. éq 2.2-5

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 10/32 Le champ de déplacement analytique u=u x e x +u y e y s'obtient en intégrant les déformations : x u x = 5 y u y = 5 ε xx dx, ε yy dy, car les conditions limites appliquées sont u x (x= 5)=0 et u y ( y= 5)=0. Il est à noter que le tenseur des déformations est discontinu. On a en effet : 2 ν ε={ 1 ν 2 2 ν 1 2 ν e x e x 1 2ν e y e y +3 ν e z e z, dans [ 5,0 [ ]0,+5 ] e e 1 ν x x e e +2 ν y y e e z z, dans [ 5, 0[ [ 5,0 [ e x e x 2 2 ν e y e y +4 ν e z e z. éq 2.2-6, dans ]0,+5 ] ]0,+5 ] e e 2 ν x x e e +3 ν y y e e z z, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [ On remarque que le champ de déformations est discontinu au travers des droites d'équation x=0 et y=0. Il est donc nécessaire ={ de distinguer les cas selon le signe de la coordonnée sur laquelle on intègre pour expliciter la valeur des intégrales. On a ainsi : x 5 ( 2 ν ) dx, dans [ 5,0 [ ]0,+5 ] x 5 u x ( 1 ν ) dx, dans [ 5,0 [ [ 5,0 [ 0 5 ( 2 ν ) dx+ x 0 ( 2 2 ν, ) dx, dans ]0,+5 ] ]0,+5 ] 0 5 ( 1 ν ) dx+ x 0 ( 1 2ν ) dx, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 11/32 et 0 u y ={ 5 ( 1 ν ) dy+ y 0 y 5 0 5 ( 2 ν ) dy+ y 0 y 5 ( 1 2 ν ) dy, dans [ 5, 0[ ]0,+5 ] ( 1 ν ) dy, dans [ 5,0[ [ 5, 0[. ( 2 2ν ) dy, dans ]0,+5] ]0,+5 ] ( 2 ν ) dy, dans ]0,+5 ] [ 5,0[ Soit : et : ={ u x u y ={ 2 ν 1 ν 2 2 ν 1 2ν 1 2 ν 1 ν 2 2 ν 2 ν 2 ν x 5, dans [ 5, 0 [ ]0,+5 ] 1 ν x 5, dans [ 5,0 [ [ 5,0 [ 2 ν x 5, dans ]0,+5 ] ]0,+5 ] 1 ν x 5, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [ y 5 1 ν, dans [ 5,0 [ ]0,+5] 1 ν y 5, dans [ 5,0 [ [ 5,0[ y 5 2 ν, éq 2.2-7. éq 2.2-8, dans ]0,+5 ] ]0,+5 ] 2 ν y 5, dans ]0,+5 ] [ 5,0[ Il est à noter que le champ de déplacement n'est pas continu. Le champ étant solution d'un problème de contact, la partie normale aux interfaces du déplacement est continue et on a : et u x (x=0 - )=u x (x=0 )={ 5 1 ν, pour y [ 5,0 [ + 5 2 ν,, pour y ]0,+5]

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 12/32 u y ( y=0 - )=u y ( y=0 )={ 5 2 ν +, pour x [ 5,0[ 5 1 ν, pour x ]0,+5 ]. n revanche, la partie tangentielle du déplacement est discontinue et on a : et u y (x=0 + ) u y (x=0 - )= y+5, u x ( y=0 + ) u x ( y=0 - )= x+5. Le calcul de l'intégrale du carré de la norme du déplacement doit donc encore une fois utiliser une partition du domaine conforme aux interfaces d'équation x=0 et y=0. On a donc : Ω u 2 d Ω= Ω1 (u x 2 +u y2 )d Ω+ Ω2 (u x 2 +u y2 )d Ω+ Ω3 (u x 2 +u y2 ) d Ω+ Ω4 (u x 2 +u y2 )d Ω. On a finalement : D'où : 2.2.3 Cas 3D Ω u 2 d Ω= 1250 ( 28ν2 63 ν+40) 3 2. u L 2= 25 2(28 ν2 63 ν+40 ) 0,992051745962 m 2. 3 La structure occupe le domaine Ω 3 D =Ω [0,1]. Les conditions aux limites du cas 3D sont les mêmes que celles des cas 2D dans le plan (X,Y ), une condition de rouleau est imposée en Z =0 et le bord Z =1 est libre de contraintes. Le tenseur des contraintes solution analytique est donc identique au cas des contraintes planes (cf. éq 2.2-4) : σ= p x ( y)e x e x p y ( x)e y e y La densité d'énergie élastique est donc identique à celle du cas 3D. Le solide est d'épaisseur unitaire dans la direction Z. L'expression de l'énergie de la structure est donc identique au cas des contraintes planes, mais les unités sont modifiées. On a alors (cf. éq 2.2-5) : e = 1 25 (10 9 ν)=1,825 MJ. Le champ de déplacement analytique u=u x e x +u y e y +u z e z s'obtient en intégrant les déformations :

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 13/32 x u x = 5 y u y = 5 ε xx dx, ε yy dy, u z = 0 z εzz dz, car les conditions limites appliquées sont u x (x= 5)=0, u y ( y= 5)=0 et u z (z=0)=0. Il est à noter que le tenseur des déformations est discontinu. On a en effet ( cf. éq 2.2-6 ) : 2 ν ε={ e x e x 1 2ν e y e y +3 ν e z e z, dans [ 5,0 [ ]0,+5] [0,1] 1 ν e e 1 ν x x e e +2 ν y y e e z z, dans [ 5, 0[ [ 5, 0[ [0, 1]. 2 2 ν 1 2 ν e x e x 2 2 ν e y e y +4 ν e z e z, dans ]0,+5 ] ]0,+5] [0,1] e e 2 ν x x e e +3 ν y y e e z z, dans ]0,+5 ] [ 5, 0[ [0,1] On remarque que le champ de déformations est discontinu au travers des droites d'équation x=0 et y=0. Il est donc nécessaire de distinguer les cas selon le signe de la coordonnée sur laquelle on intègre pour expliciter la valeur des intégrales. Les expressions des composantes u x et u y sont identiques au cas des contraintes planes ( cf. éq 2.2-7 et 2.2-8 ) et on a pour u z : u z ={ 0 1 3 ν 2 ν 01 4 ν 01 0 1 3 ν dz, dans [ 5,0 [ ]0,+5 ] [0,1] dz, dans [ 5,0 [ [ 5,0 [ [0,1]. dz, dans ]0,+5 ] ]0,+5] [0,1] dz, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [ [0,1] Soit : ν z, dans [ 5,0 [ ]0,+5 ] [0,1] 2 ν u z ={3 z, dans [ 5,0 [ [ 5,0 [ [0,1]. éq 2.2-9 4 ν z, dans ]0,+5 ] ]0,+5 ] [0,1] 3 ν z, dans ]0,+5 ] [ 5,0 [ [0,1] Le calcul de l'intégrale du carré de la norme du déplacement doit donc encore une fois utiliser une partition du domaine conforme aux interfaces d'équation x=0 et y=0. On a donc :

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 14/32 On a finalement : D'où : Ω3 u 2 D dω= (u 2 Ω1 [ 0,1] x+u 2 y +u z2 )d Ω+ (u 2 Ω2 [0,1] x+u 2 y +u z2 ) dω + Ω3 (u 2 [0, 1] x +u 2 y +u z 2)dΩ+ Ω 4 (u 2 [0,1] x +u 2 y +u z 2) dω. Ω3 u 2 dω= 50 (719ν2 1575ν+1000). D 3 2 u L 2= 5 2(719 ν2 1575 ν+1000) 3 5 0,99348712456 m 2.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 15/32 3 Modélisation A 3.1 Caractéristiques de la modélisation Il s agit d une modélisation X-FM, en déformations planes. Les interfaces sont définies par des fonctions de niveaux (level sets normales notées LN ). Les équations des fonctions de niveaux pour les interfaces horizontale et verticale sont les suivantes : LN 1=Y éq 3.1-1 LN 2= X éq 3.1-2 L'interface horizontale est définie de manière classique en utilisant l'opérateur DFI_FISS_XFM avec la level set normale LN1. Pour définir l'interface verticale, on procède en deux étapes. On appelle une première fois l'opérateur DFI_FISS_XFM avec la level set normale LN2, en définissant un point «au dessus» de la fissure horizontale pour le mot clé JONCTION (le point n'est pas obligatoirement sur la level set). Cette étape permet de définir la partie supérieure de l'interface verticale (voir figure 3.1-a au centre). On appelle une deuxième fois l'opérateur DFI_FISS_XFM de la même manière, mais en définissant un point «en dessous» de la fissure (voir figure 3.1-a à droite). On a donc appelé au total 3 fois DFI_FISS_XFM (création de 3 objets fissures) pour définir les deux interfaces qui s'intersectent. D'un point de vue théorique, chaque objet fissure ajoute un enrichissement de type Heaviside. Ce qui fait un total de trois degrés de liberté Heaviside en plus des degrés de liberté classiques. On a donc bien 4 degré de liberté au niveau de l'intersection, ce qui permet de déplacer de manière indépendantes les 4 zones générées par les 2 interfaces. Point au dessus Interface horizontale Partie supérieure de l'interface verticale Point en dessous Partie inférieure de l'interface verticale 3.2 Caractéristiques du maillage Figure 3.1-a : Étapes de construction de l'intersection. Le maillage qui comporte 25 mailles de type QUAD4, est représenté sur la figure 3.2-a. On remarque sur cette figure que la maille centrale est coupée par les deux interfaces. Ce test permet donc de valider le découpage multiple. Notons que les nœuds de cette maille sont enrichis 3 fois, ils possèdent donc les degrés de liberté DX, DY, H1X, H1Y, H2X, H2Y, H3X et H3Y.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 16/32 + - 3.3 Grandeurs testées et résultats - + Figure 3.2-a : Le maillage de la modélisation A. On teste les déplacements au niveau des lèvres des fissures après avoir effectué les opérations de post-traitements relatives à X-FM (POST_MAIL_XFM et POST_CHAM_XFM). Le déplacement DX doit correspondre au chargement imposé de la figure 1.3-a sur chacune des zones et DY doit être nul. On teste le min et le max sur les lèvres de chacune des zones. Identification Référence Type de référence Précision DPZON_1 DX MIN -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_2 DX MIN -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_3 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_4 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% Tableau 3.3-1

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 17/32 La déformée est représentée sur la figure 3.4-a. Le code couleur représente le champ de déplacement. Figure 3.4-a : Déformée de la structure. On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 0 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 6,84653196881 0.1%

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 18/32 4 Modélisation B 4.1 Caractéristiques de la modélisation Il s'agit de la même modélisation que la modélisation A, mais en contraintes planes. L'intersection est construite de la même manière. 4.2 Caractéristiques du maillage Le maillage qui comporte 54 mailles de type TRIA3 est représenté sur la figure 4.2-a. 4.3 Grandeurs testées et résultats Figure 4.2-a : Le maillage de la modélisation B. Les grandeurs testées sont identiques à celles présentées pour la modélisation A. Identification Référence Type de référence Précision DPZON_1 DX MIN -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_2 DX MIN -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_3 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_4 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% Tableau 4.3-1

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 19/32 La déformée est représentée sur la figure 4.4-a. Figure 4.4-a : Déformée de la structure. On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 0 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 6,84653196881 0.1%

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 20/32 5 Modélisation C 5.1 Caractéristiques de la modélisation Il s'agit de la même modélisation que la modélisation A, mais en 3D. L'intersection est construite de la même manière. 5.2 Caractéristiques du maillage Le maillage qui comporte 25 mailles de type HXA8 est représenté sur la figure 5.2-a. Figure 5.2-a : Le maillage de la modélisation C. 5.3 Grandeurs testées et résultats Les grandeurs testées sont identiques à celles présentées pour la modélisation A. On ajoute des tests sur DZ. Identification Référence Type de référence Précision DPZON_1 DX MIN -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_2 DX MIN -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_3 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_4 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12%

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 21/32 Tableau 5.3-1 La déformée est représentée sur la figure 5.4-a. Figure 5.4-a : Déformée de la structure. On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 0 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 6,84653196881 0.1%

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 22/32 6 Modélisation D 6.1 Caractéristiques de la modélisation Il s'agit de la même modélisation que la modélisation C. 6.2 Caractéristiques du maillage Le maillage qui comporte 162 mailles de type TTRA4 est représenté sur la figure 6.2-a. 6.3 Grandeurs testées et résultats Figure 6.2-a : Le maillage de la modélisation D. Les grandeurs testées sont identiques à celles présentées pour la modélisation C. Identification Référence Type de référence Précision DPZON_1 DX MIN -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.25 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_2 DX MIN -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% MAX -0.5 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_3 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12% DPZON_4 DX.75 'ANALYTIQU' 10^-12%.75 'ANALYTIQU' 10^-12% DY 'ANALYTIQU' 10^-12% 'ANALYTIQU' 10^-12%

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 23/32 Tableau 6.3-1 La déformée est représentée sur la figure 6.4-a. Figure 6.4-a : Déformée de la structure. On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 0 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 6,84653196881 0.1%

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 24/32 7 Modélisation 7.1 Caractéristiques de la modélisation Il s agit de la même modélisation que la modélisation A, mais on applique les conditions de chargement en contact. L'intersection est construite avec X-FM et les fonctions de niveaux de la même manière que pour la modélisation A. 7.2 Caractéristiques du maillage Le maillage identique à celui de la modélisation A, est représenté figure 3.2-a. Notons que les nœuds de la maille intersectée sont enrichis 3 fois, ils possèdent donc les degrés de liberté de contact LAGS_C, LAG2_C et LAG3_C en plus des degrés de liberté cinématiques. 7.3 Grandeurs testées et résultats On teste les déplacements au niveau des lèvres des fissures après avoir effectué les opérations de post-traitements relatives à X-FM (POST_MAIL_XFM et POST_CHAM_XFM). Le déplacement DX doit suivre la fonction u x de l'équation 2.2-2. Le déplacement DY doit suivre la fonction u y de l'équation 2.2-3. On obtient la déformée de la figure 7.4-a. DPZON_1 DPZON_2 DPZON_3 DPZON_4 Identification Référence DX- u x DY- u y DX- u x DY- u y DX- u x DY- u y DX- u x DY- u y Tableau 7.3-1 La déformée est représentée sur la figure 7.4-a. Le code couleur représente le champ de déplacement.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 25/32 Figure 7.4-a : Déformée de la structure (exagération 10). On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR (exprimée en J m 1 ). Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 1,3975 10 6 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. 7.4 Remarques Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 0,791204250915 0.1% On obtient une erreur élevée. n effet l'implémentation du redécoupage des facettes de contact n'a pas été implémenté. Les efforts de contact sur ces facettes ne sont pas prises en compte dans le calcul. La zone affecté concerne notamment le point d'intersection des fissures (que l'on ne teste pas) ainsi que l'élément le contenant. Notons que les résultats sont nettement améliorer lorsqu'on raffine le maillage.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 26/32 8 Modélisation F 8.1 Caractéristiques de la modélisation Il s'agit de la même modélisation que la modélisation, mais en contraintes planes. L'intersection est construite de la même manière. 8.2 Caractéristiques du maillage Le maillage identique à celui de la modélisation B, est représenté sur la figure 4.2-a. 8.3 Grandeurs testées et résultats On teste les déplacements au niveau des lèvres des fissures après avoir effectué les opérations de post-traitements relatives à X-FM (POST_MAIL_XFM et POST_CHAM_XFM). Le déplacement DX doit suivre la fonction u x de l'équation 2.2-7. Le déplacement DY doit suivre la fonction u y de l'équation 2.2-8. On obtient la déformée de la figure 7.4-a. DPZON_1 DPZON_2 DPZON_3 DPZON_4 Identification Référence DX- u x DY- u y DX- u x DY- u y DX- u x DY- u y DX- u x DY- u y Tableau 8.3-1 La déformée est représentée sur la figure 8.4-a.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 27/32 Figure 8.4-a : Déformée de la structure (exagération 10). On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR (exprimée en J m 1 ). Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 1,825 10 6 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. 8.4 Remarques Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 0,992051745962 0.1% Les remarques sont identiques à celles formulées pour la modélisation.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 28/32 9 Modélisation G 9.1 Caractéristiques de la modélisation Il s'agit de la même modélisation que la modélisation, mais en 3D. L'intersection est construite de la même manière. 9.2 Caractéristiques du maillage Le maillage identique à celui de la modélisation C, est représenté sur la figure 5.2-a. 9.3 Grandeurs testées et résultats On teste les déplacements au niveau des lèvres des fissures après avoir effectué les opérations de post-traitements relatives à X-FM (POST_MAIL_XFM et POST_CHAM_XFM). Le déplacement DX doit suivre la fonction u x de l'équation 2.2-7. Le déplacement DY doit suivre la fonction u y de l'équation 2.2-8. Le déplacement DZ doit suivre la fonction u z de l'équation 2.2-9. On obtient la déformée de la figure 7.4-a. DPZON_1 DPZON_2 DPZON_3 DPZON_4 Identification Référence DX- u x DY- u y DZ- u z DX- u x DY- u y DZ- u z DX- u x DY- u y DZ- u z DX- u x DY- u y DZ- u z Tableau 9.3-1 La déformée est représentée sur la figure 9.4-a.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 29/32 Figure 9.4-a : Déformée de la structure (exagération 10). On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR (exprimée en J ). Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 1,825 10 6 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. 9.4 Remarques Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 0,99348712456 0.1% Les remarques sont identiques à celles formulées pour la modélisation.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 30/32 10 Modélisation H 10.1 Caractéristiques de la modélisation Il s'agit de la même modélisation que la modélisation G. 10.2 Caractéristiques du maillage Le maillage identique à celui de la modélisation D, est représenté sur la figure 6.2-a. 10.3 Grandeurs testées et résultats Les grandeurs testées sont identiques à celles présentées pour la modélisation G. DPZON_1 DPZON_2 DPZON_3 DPZON_4 Identification Référence DX- u x DY- u y DZ- u z DX- u x DY- u y DZ- u z DX- u x DY- u y DZ- u z DX- u x DY- u y DZ- u z Tableau 10.3-1

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 31/32 La déformée est représentée sur la figure 10.4-a. Figure 10.4-a : Déformée de la structure (exagération 10). On teste la valeur de e produit par l'opérateur POST_RRUR (exprimée en J ). Identification Type de référence Valeur de référence e 'ANALYTIQU' 1,825 10 6 On teste la valeur de u L 2 produit par l'opérateur POST_RRUR. 10.4 Remarques Identification Type de référence Valeur de référence Tolérance Norme L 2 'ANALYTIQU' 0,99348712456 0.1% Les remarques sont identiques à celles formulées pour la modélisation.

Titre : SSNV511 Bloc découpé par deux interfaces interse[...] Date : 03/05/2018 Page : 32/32 11 Synthèse des résultats La représentation de jonctions avec X-FM permet de modéliser la cinématique d'ouverture de l'intersection de deux interfaces. Il est aussi possible de faire la même chose avec des fonds de fissures de part et d'autre de la jonction, mais il faut prendre soin d'éloigner le fond de l'intersection (environ 2 mailles pour un enrichissement topologique car on ne sait pas encore gérer la présence de Heaviside supplémentaires pour des éléments Crack-tip. Un élément Crack-tip ne peut actuellement pas «voir» plus d'une fissure à la fois). L'approche a été validée en 2D pour des modélisations C_PLAN et D_PLAN et pour les éléments de type QUAD4 et TRIA3. On a aussi validé l'approche en 3D pour les éléments HXA8 et TTRA4, avec et sans contact.