Utilisation des matériaux composites dans SOLIDWORKS Simulation Premium

Les matériaux composites, réputés pour leur excellent rapport résistance/poids, continuent de révolutionner des secteurs allant de l'aérospatiale à l'automobile. Ils sont constitués d'au moins deux matériaux aux propriétés différentes, dont la combinaison permet d'obtenir des caractéristiques améliorées que chaque matériau ne peut offrir à lui seul. SOLIDWORKS Simulation Premium propose un ensemble d'outils intégrés permettant de réaliser des analyses structurelles sur des coques composites de manière simplifiée et efficace.

Que sont les matériaux composites ?

Un matériau composite est un type particulier de matériau stratifié et orthotrope, modélisé comme une surface unique composée de plusieurs couches de matériaux orthotropes. Les composites comportent généralement deux phases matérielles, qui ne sont pas solubles l'une dans l'autre. L'une des phases du matériau est la phase de renforcement, telle que la fibre de carbone ou de verre, et l'autre est une phase matricielle, par exemple un époxy ou un vinylester, dans laquelle la phase de renforcement est dispersée. Ils peuvent être classés en composites à fibres continues, composites à fibres courtes et composites particulaires.

La grande rigidité et l'excellent rapport résistance/poids des matériaux composites en font des matériaux de choix pour l'aéronautique, où ils permettent de réduire la masse globale des appareils. En raison de leur faible coefficient de dilatation thermique, les composites sont également privilégiés pour les satellites, où les variations de température sont importantes. Ils présentent en outre une résistance élevée à la fatigue, à la corrosion, aux chocs, à la rupture et au fluage.

Utilisation de maillages en coque pour les matériaux composites

La définition d'un maillage de coque utilisant le sous-type « Composite » sert à représenter un corps constitué de matériaux composites. Les options du Gestionnaire de propriétés vous permettent de définir le nombre total de couches, qu'elles soient symétriques ou asymétriques.

Définition d'un matériau composite à l'aide du Gestionnaire de propriétés de définition de coque

Pour les nappes symétriques, seule la moitié du nombre total de nappes peut être modifiée dans le tableau « Composite shell ». Pour les nappes asymétriques, la couche centrale peut également être modifiée.

Éléments à prendre en compte concernant les matériaux stratifiés

Les stratifiés sont généralement constitués de couches à orientations différentes afin d'optimiser la capacité de charge dans toutes les directions. Les utilisateurs peuvent définir l'angle des couches sur différentes coques et faces à l'aide des options d'orientation des composites. Il est important de préciser l'orientation des fibres dans chaque couche afin de modéliser avec précision les propriétés du composite. Pour redéfinir les angles des couches de manière cohérente, il est recommandé de choisir un angle de couche différent de zéro et de 90 degrés. Nous constatons généralement que les clients utilisent une rotation de 45 ou 60 degrés à cette fin.

Définition de coque SOLIDWORKS avec des couches inclinées pour un matériau stratifié

L'épaisseur des nappes, leur angle et les matériaux peuvent également servir de variables lorsqu'il s'agit de mettre en place une étude de conception utilisant un matériau composite. Des décalages peuvent être définis pour contrôler la position du stratifié ou de l'empilement composite par rapport à la géométrie de sa surface. Une fois les propriétés des nappes définies, les informations relatives à l'empilement composite peuvent être enregistrées au format CSV ou TXT en vue d'une utilisation ultérieure.

Comment les matériaux composites sont-ils pris en charge dans SOLIDWORKS Simulation ?

SOLIDWORKS Simulation place la première couche sur la face inférieure de la coque et la dernière couche sur la face supérieure de celle-ci. Le retournement du maillage inverse l'ordre d'empilement et influe sur les résultats pour les stratifiés asymétriques. Après avoir effectué une analyse de contraintes statique linéaire, il est possible d'évaluer des paramètres tels que la contrainte maximale sur l'ensemble des couches ou sur une couche individuelle, ou encore les contraintes de cisaillement interlaminaires.

Orientation des nappes à partir d'une cartographie de surface

Pour déterminer si un stratifié va céder sous l'effet d'une charge appliquée, le programme calcule d'abord les contraintes dans les différentes couches, puis applique un critère de rupture basé sur ces niveaux de contrainte en utilisant une théorie de la rupture telle que le critère de rupture de Tsai-Hill, le critère de rupture de Tsai-Wu ou le critère de contrainte maximale. Un stratifié est considéré comme ayant cédé lorsque la première couche ou le premier groupe de couches cède.

Graphique du coefficient de sécurité pour une étude sur les skateboards en matériau composite

En général, il est difficile de déterminer quelle théorie retenir en raison du manque de résultats expérimentaux complets. Dans la mesure du possible, il est recommandé d'utiliser les trois théories de la rupture et de retenir le scénario le plus défavorable afin d'obtenir une conception relativement prudente.

Repousser les limites de SOLIDWORKS Simulation

Les coques composites de SOLIDWORKS Simulation Premium vous permettent d'optimiser les performances des structures composites, repoussant ainsi les limites du possible. SOLIDWORKS Simulation Premium vous offre les outils d'analyse par éléments finis (FEA) les plus performants disponibles dans la gamme de solutions de simulation pour ordinateurs de bureau. Cependant, dans le cadre d'études complexes ou d'applications spécifiques, il peut s'avérer judicieux de transférer une simulation vers la plateforme 3DEXPERIENCE.

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