le projet auger : présentation d'un calcul fait avec les 3 logiciels
TRANSCRIPT
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 2/36
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 Ecole IN2P3 RDM 2015 3/36
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.
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 4/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 5/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 6/36
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 Ecole IN2P3 RDM 2015 7/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 8/36
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 Ecole IN2P3 RDM 2015 9/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 10/36
Résultats avec CATIA
Déplacements
Contraintes
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 11/36
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 – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 12/36
Résultats avec ANSYS
Déplacements
Contraintes
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 13/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 14/36
Résultats avec RDM6 (1/2)
Contraintes maximales à
1,27MPa sur le tiers de la
hauteur
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 15/36
Résultats avec RDM6 (2/2)
Déplacements:
-3,8 mm vertical du haut de la cuve
1,74mm horizontal de la périphérie
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 16/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 17/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 18/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 19/36
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 – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 20/36
Modélisation avec ANSYS
Import de la CAO CATIA
Création de section droite
puis attribution sur ligne
Chargement linéique
Blocage des nœuds
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 21/36
Résultats avec ANSYS
Contraintes
Déplacements
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 22/36
Modélisation avec RDM6
CDL et chargement
Import de la CAO CATIA en IGES
Définition des sections de poutres
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 23/36
Résultats avec RDM6 (1/2)
Déplacement
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 24/36
Résultats avec RDM6 (2/2)
Contraintes
Détail contraintes
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 25/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 26/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 27/36
Résultats avec RDM6
Contraintes
Déplacements
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 28/36
Résultats avec CATIA
Contraintes
Déplacements
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 29/36
Résultats avec ANSYS
Contraintes
Déplacements
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 30/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 31/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 32/36
Résultats avec CATIA
Contraintes
Déplacements
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 33/36
Résultats avec ANSYS (import CATIA)
Contraintes Déplacements
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 34/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 35/36
Résultats avec RDM6
Contraintes Déplacement
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 36/36
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
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 37/36
Backup
Rosier Ph. – IPNO – 16/06/2015 Ecole IN2P3 RDM 2015 38/36