Le projet AUGER : présentation d'un calcul fait avec les 3 logiciels ...

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Rosier Ph. IPNO 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 1/36 Unité mixte de recherche CNRS-IN2P3 Université Paris-Sud 11 91406 Orsay cedex Tél. : +33 1 69 15 73 40 Fax : +33 1 69 15 64 70 http://ipnweb.in2p3.fr Présentation d’un calcul fait avec les 3 logiciels CATIA, ANSYS et RDM6

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Unité mixte de recherche

CNRS-IN2P3

Université Paris-Sud 11

91406 Orsay cedex

Tél. : +33 1 69 15 73 40

Fax : +33 1 69 15 64 70

http://ipnweb.in2p3.fr

Présentation d’un calcul fait avec les 3 logiciels

CATIA, ANSYS et RDM6

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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.

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La cuve IPN Orsay

Une cuve de test de l’électronique installée à

l’IPNO en 2002.

Estrade pour pouvoir placer un détecteur de

trigger sous la cuve.

Estrade

Trigger haut

Err

eur

sur

CA

O p

our

les 3

tra

ppes d

e v

isite

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.

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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)

- 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)

Fonction du logiciel et rebouclage

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Etude de la mécanique support et cuve

Châssis

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

Cuve

Plancher bois

Point d’accrochage

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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

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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

Ceinture

Epaisseur

16 mm

Epaisseur

8 mm

Diamètre 3600 mm

Hauteur d’eau

1200 mm

Axe Z

Axe X

Axe Y

Matériau PE-HD (Goodfellow, ANSYS):

E=1200MPa, Rho=950 Kg/m3,

Poisson=0,42, Limite élastique= 15 MPa

Simplification de

la forme

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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

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Chargement et CDL avec CATIA

Pression

hydrostatique

P=Rho*g*h

Accélération gravité 9,81 m/s² (à vérifier par mesure de réaction)

Déplacement Z=0

pour le fond

Déplacement X et Y =0 sur le centre dessus

(blocage rotation)

Fichier Excel d’interpolation:

cuve_pression_hydrostatique.xls

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Résultats avec CATIA

Déplacements

Contraintes

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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)

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Résultats avec ANSYS

Déplacements

Contraintes

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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

Chargement: pression hydrostatique

1: 9000 Pa

2: 3000 Pa

Géométrie

Conditions aux limites

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Résultats avec RDM6 (1/2)

Contraintes maximales à

1,27MPa sur le tiers de la

hauteur

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Résultats avec RDM6 (2/2)

Déplacements:

-3,8 mm vertical du haut de la cuve

1,74mm horizontal de la périphérie

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Caractéristiques matériau:

Acier:

E = 210000MPa

Poisson = 0,3

Limite élastique = 250 MPa

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

B-Calcul du châssis

□2 m

Tubes en 80x80, 160x80 et 40x80

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Définition de la CAO filaire avec CATIA

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

CAO de la fibre neutre (décalage de la section)

Polylignes ou lignes+assemblage

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Modélisation avec CATIA

Blocage des nœuds Chargement linéique (N/m)

Matériaux et sections des poutres (Pb pour voir décalage)

Désactiver l’assemblage final pour

sélectionner chaque groupe et

imposer chaque propriété poutre

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Résultats avec CATIA

Déplacements

Contraintes: ne sait pas les donner dans la section de

poutre => contraintes nulles en flexion sur la fibre neutre

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Modélisation avec ANSYS

Import de la CAO CATIA

Création de section droite

puis attribution sur ligne

Chargement linéique

Blocage des nœuds

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Résultats avec ANSYS

Contraintes

Déplacements

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Modélisation avec RDM6

CDL et chargement

Import de la CAO CATIA en IGES

Définition des sections de poutres

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Résultats avec RDM6 (1/2)

Déplacement

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Résultats avec RDM6 (2/2)

Contraintes

Détail contraintes

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Caractéristiques matériaux:

Bois CTP (non certifié)

E = 5000MPa

Poisson = 0,40

Limite rupture = 50 MPa

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

C-Calcul de la plaque

□1 m

Calcul d’une plaque de 1x1 m²

encastré à ses extrémités

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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

Modélisation avec RDM6

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Résultats avec RDM6

Contraintes

Déplacements

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Résultats avec CATIA

Contraintes

Déplacements

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Résultats avec ANSYS

Contraintes

Déplacements

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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

D-Calcul du point d’accrochage

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

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3 accroches:

chargement = réaction au poids de la

cuve à vide / 3 = 411 Kg*9,81/3=1343,97N

Matériau PEHD

Modélisation avec CATIA

Conditions aux

limites

Maillage

tétrahédrique

parabolique

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Résultats avec CATIA

Contraintes

Déplacements

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Résultats avec ANSYS (import CATIA)

Contraintes Déplacements

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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

Chargement

Conditions

aux limites

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Résultats avec RDM6

Contraintes Déplacement

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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

Bilan et conclusion

Elément CATIA ANSYS RDM6

Déformée (mm) CUVE

4,37 max / 1,74 péri. 4,9 max / 1,67 péri. 3,8 max / 1,74 péri.

Contraintes (Mpa) (limite < 15 Mpa) 1,1 1,1 1,3

Déformée (mm) CHASSIS

3,71 1,85 1,6

Contraintes (Mpa) (limite < 250 Mpa) - 69 65,8

Déformée (mm) PLAQUE

2 1,96 2,5

Contraintes (Mpa) (limite < 50 Mpa) 4,1 3,1 5,16

Déformée (mm) ACCROCHE

2,16 2,3 3,2

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

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