SOLIDWORKS Simulation 2018 : Raffinement du maillage pour le diagnostic des points chauds des singularités de contrainte

Article de Siavash Khajehhasani mis à jour le 5 janvier 2018.

Article

L'outil de diagnostic des points chauds de contrainte introduit dans SOLIDWORKS Simulation 2017 aide les ingénieurs à trouver les régions de points chauds dans leur modèle et à rechercher éventuellement une " singularité de contrainte " potentielle. Dans SOLIDWORKS 2018, ce processus a été amélioré pour réduire le processus de raffinement manuel du maillage afin de déterminer si la contrainte est réelle ou s'il s'agit d'une singularité.

Singularité du stress

Tous les points chauds de contrainte ne sont pas associés à des singularités de contrainte. En raffinant localement le maillage dans les régions de points chauds, on peut éliminer ces points chauds de contrainte attribués à des concentrations de contrainte qui ne sont pas singulières. Un comportement caractéristique d'une singularité de contrainte est que la valeur de la contrainte ne cesse d'augmenter avec le raffinement du maillage (soit localement en utilisant les contrôles de maillage, soit globalement en éditant le maillage), et diverge théoriquement vers l'infini. Si les contraintes aux éléments des points chauds de contrainte n'augmentent pas avec le raffinement du maillage et convergent vers une valeur finie, alors ils indiquent des concentrations de contrainte (zones de contraintes élevées "légitimes").

Figure 1. Singularité de contrainte

Les contraintes divergentes à proximité d'un coin rentrant aigu au fur et à mesure que le maillage se raffine indiquent des singularités de contraintes.

Concentration des contraintes

Les concentrations de contraintes sont caractérisées par des gradients de contraintes relativement importants sur des éléments adjacents dans une zone localisée d'un modèle. Les gradients de contrainte élevés attribués aux concentrations de contraintes légitimes convergeront vers une valeur limite, à condition que le maillage soit suffisamment raffiné. Elles sont visibles aux endroits où il y a des changements dans la géométrie, comme la présence d'un trou dans une plaque, aux frontières où différents matériaux sont présents, et aux points où des corps entrent en contact.

Figure 2. Concentration des contraintes

Les contraintes convergentes près des zones des congés au fur et à mesure que le maillage se raffine indiquent des concentrations de contraintes.

Diagnostic des points chauds du stress

L'outil " stress hot spot diagnostic " est accessible par un clic droit sur le dossier des résultats. Dans le premier menu, il est possible de paramétrer le facteur de sensibilité ainsi que si les résultats des valeurs de nœuds doivent également être traités, ce qui était également disponible en 2017, comme le montre la Figure 3.

Figure 3. Diagnostic des points chauds du stress (réglage du facteur de sensibilité)

Diagnostic de la singularité du stress

Désormais, dans SOLIDWORKS Simulation 2018, un outil de détection des singularités de contrainte a été ajouté. Dans ce cas, la ou les zones cibles, telles qu'une arête vive, sont sélectionnées, puis l'utilisateur peut spécifier le nombre de niveaux de raffinement du maillage à prendre. Veuillez noter que le niveau maximal de raffinement du maillage est de 3. Le facteur de réduction de la taille des éléments ainsi que le taux de croissance des éléments peuvent également être spécifiés.

L'utilisateur peut également décider si les résultats finaux doivent être affichés en fonction de la résolution du maillage original ou de la densité du maillage final en fonction du niveau de raffinement du maillage final. Dans l'exemple actuel, le raffinement final du maillage est affiché comme indiqué sur la figure 6.

Figure 4. Diagnostic de la singularité de contrainte

Si une singularité est détectée, comme décrit précédemment, l'outil de diagnostic de singularité de stress affiche le message suivant pour informer l'utilisateur.

Figure 5. Message de détection des singularités de contrainte

Ensuite, l'utilisateur peut isoler les éléments qui présentent les valeurs de contrainte les plus élevées sur la base du facteur de sensibilité (ici 25%), comme le montre la figure 6.

Figure 6. Éléments isolés

Enfin, le "graphique de convergence" montre la tendance des valeurs de contrainte pour chaque niveau de raffinement (Figure 7).

Figure 7. Graphique de convergence du tracé

Recommandations sur le traitement des singularités de stress

  • Pour différencier les singularités de contraintes des concentrations de contraintes légitimes, raffinez le maillage soit globalement, soit localement dans les régions où les points chauds de contraintes sont détectés. Lorsque vous réexécutez l'outil de diagnostic des points chauds de contrainte, les zones de concentration de contrainte devraient être filtrées, et les points chauds de contrainte restants indiqueraient des singularités de contrainte. Notez que dans le monde physique, les singularités de contrainte ne se produisent pas car le matériau cède ou se fissure lorsque les contraintes dépassent la limite de résistance ultime du matériau.
  • Ajoutez des filets aux arêtes vives et arrondissez les coins où se produisent des gradients de contrainte élevés. Les congés répartissent la contrainte sur une zone plus large et augmentent efficacement la capacité de charge des pièces. N'oubliez pas que dans le monde réel, un "angle vif" fabriqué aura toujours un petit rayon de congé.
  • Évitez d'appliquer des charges sur les sommets ou le long des bords, si vous le pouvez. Répartissez la charge sur les zones affluentes appropriées du modèle afin de vous rapprocher le plus possible des conditions de chargement réelles. N'oubliez pas que même si la charge est appliquée comme une charge ponctuelle singulière créant une singularité de contrainte (σ = P/A et A=0 → σ=∞), la distribution des contraintes à une certaine distance de la charge appliquée sera toujours correcte. Ceci est basé sur le principe de Saint-Venant qui stipule que la différence entre les effets de deux charges différentes mais statiquement équivalentes devient très faible à des distances suffisamment grandes de la charge.
  • Les singularités de contraintes peuvent polluer les distributions de contraintes seulement localement. Vous pouvez ignorer ces zones localisées de singularités de contraintes, surtout si elles ne sont pas proches de la zone d'intérêt de votre simulation, et examiner les résultats de contraintes plus éloignés qui devraient rester "non pollués" [1].
Références :

[1]. 2018 Document d'aide SOLIDWORKS, évaluation des points chauds de contrainte.

Siavash Khajehhasani

Siavash est un ingénieur d'application SOLIDWORKS Elite et est basé dans notre bureau d'Oakville, en Ontario.