A new modular approach for the analysis of three-dimensional assemblies of structures

Une nouvelle approche modulaire pour l'analyse d'assemblages de structures tridimensionnelles

Laurent Champaney (1)

1 LMT - Laboratoire de Mécanique et Technologie

This work presents a modular approach well adapted for the analysis of complex situations of three-dimensional assemblies of elastic structures. The CONTRAST approach takes easely into account local nonlinearities due to contact or to technological elements (joints, hardly stressed bolts, ...). It is based on a decomposition of the assembly into subtructures and interfaces that are mechanical entities with their own equations and own unknowns. Interfaces play a major role by simply modeling local nonlinearities. The iterative resolution scheme is based on the Large Time Increment (LATIN) method. The CONTRAST approach is thus based on a strategy and a formulation that are both parallel. This intrinsic parallelism allows a great flexibility and a great modularity in the definition of the problem and allows the use of incompatible meshes on the interfaces. It also allows a great reduction of the computational costs with respect to the classical finite element method. Comparisons with industrial FE codes validate the treatment of friction and contact problems. Some industrial examples present the capabilities of the approach and his behaviour on a parallel computer.

Ce travail présente une approche modulaire bien adaptée à l'analyse de situations complexes d'assemblages de structures élastiques. L'approche CONTRAST (CONtact TRidimensionnel dans les Assemblages en STatique) prend facilement en compte les non-linéarités locales dues au contact ou à des éléments technologiques particuliers (joints élastomères, boulons fortement précontraints,...). Elle est basée sur une décomposition de l'assemblage en sous-structures et interfaces, qui sont des entités mécaniques à part entière avec leurs propres équations et leurs propres inconnues. Les interfaces jouent un rôle majeur en modélisant simplement les non-linéarités locales. Le schéma itératif de résolution est issu de la méthode à grand incrément de temps (LATIN method). L'approche CONTRAST est ainsi basée sur une formulation et une stratégie parallèles. Ce parallélisme est avant tout utilisé pour introduire flexibilité et modularité dans la définition du problème et autorise l'utilisation de maillages incompatibles sur les interfaces. Il permet aussi une réduction des coûts de calcul par rapport aux techniques éléments finis classiques. Des comparaisons avec un code de calcul industriel valident le traitement des problèmes de contact et de frottement. Des exemples d'assemblages industriels présentent les possibilités de l'approche ainsi que son comportement sur calculateur parallèle

Mots clés: Mechanical joint; Mechanical contact; Friction; Structural analysis; Numerical method; Finite element method; Substructure; Non linear effect; Parallel processing

Mots clés: Assemblage mécanique; Contact mécanique; Frottement; Analyse structurale; Méthode numérique; Méthode élément fini; Sous structure; Effet non linéaire; Traitement parallèle

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Laurent Champaney. Une nouvelle approche modulaire pour l'analyse d'assemblages de structures tridimensionnelles. Mécanique [physics.med-ph]. École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00088206⟩