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Version
6.2
Titre :
SDNV103 - Impact d'une barre de Taylor élastoplastique
Date :
15/04/03
Auteur(s) :
N. TARDIEU Clé
:
V5.03.103-A Page :
1/10
Organisme(s) : EDF-R&D/AMA
Manuel de Validation
Fascicule V5.03 : Dynamique non linéaire des structures volumiques
Document : V5.03.103
SDNV103 - Impact d'une barre de Taylor
élastoplastique
Résumé :
On étudie l'impact frottant d'une barre élastoplastique sur un massif rigide en dynamique non linéaire. La
modélisation comprend : contact, frottement, élastoplasticité, grandes déformations.
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1
Problème de référence
1.1 Géométrie
6.4 mm
B
32.4 mm
A
1.2
Propriétés du matériau
E = 117. E3 MPa
nu = 0.35
Et
= 8.93 E-9 g/mm3
Y
Y = 100. MPa
ET = 400. MPa
Coefficient de frottement de Coulomb :
E
µ = 0.25
1.3
Conditions aux limites et chargements
La fondation rigide est complètement bloquée tout au long du calcul.
Le barreau est libre de tout blocage.
Il y a une relation de contact unilatéral avec frottement de Coulomb entre la face inférieur du barreau
et la face supérieure de la fondation rigide.
1.4 Conditions
initiales
Le barreau est soumis à une vitesse initiale de 227. E3 mm/s.
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2
Solution de référence
2.1
Méthode de calcul
La solution de référence provient de [bib1]. Il s'agit de calculs axisymétriques explicites réalisés avec
différents codes. On ignore quasiment tout de la modélisation : présence de contact, présence de
frottement, coefficient de frottement ? Dans cette mesure, on utilise cette référence de manière
indicative. Les autres tests seront de non régression.
2.2
Grandeurs et résultats de référence
Les grandeurs testées sont :
93
.
3
+ 86
.
3
+ 72
.
3
+ 88
.
3
+ 96
.
3
· déplacement radial du point A :
= 87
.
3
mm
5
-
24
.
13
-
63
.
13
-
62
.
13
-
57
.
13
-
24
.
13
· déplacement vertical du point B :
= - 46
.
13
mm
5
2.3
Incertitudes sur la solution
Les incertitudes sur la solution de référence sont très importantes (voir [§2.1]).
2.4 Références
bibliographiques
[1]
L. STAINIER, P.Ph. PONTHOT : « An improved one-point integration method for large strain
elastoplastic analysis », Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. 118 (1994).
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3 Modélisation
A
3.1
Caractéristiques de la modélisation
3.2
Caractéristiques du maillage
Nombre de noeuds : 2850
Nombres et types d'éléments : 480 HEXA20, 200 PENTA15, 224 QUAD8, 6 TRIA6, 280 SEG3,
1 HEXA8, 6 QUAD4, 8 SEG2,101 POI1
3.3 Fonctionnalités
testées
Commandes
AFFE_CHAR_MECA CONTACT
FROTTEMENT
`COULOMB'
METHODE
`PENALISATION'
CREA_CHAMP OPERATION
`AFFE'
TYPE_CHAM
`NOEU_DEPL_R'
AFFE
TOUT
`OUI'
NOM_CMP
(`DX', `DY', `DZ')
DYNA_NON_LINE COMP_INCR
RELATION
`VMIS_ISOT_LINE'
DEFORMATION
`SIMO_MIEHE'
INCREMENT
SUBD_PAS
4
ETAT_INIT
VITE
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3.4
Grandeurs testées et résultats
Etant donnée la lourdeur de la modélisation, on ne fait que quelques pas de temps et l'on effectue
uniquement des tests de non-régression.
3.5 Paramètres
d'exécution
Version : 6.3.07
Machine : CLASTER
Système : IRIX64
Encombrement mémoire :
300 mégamots
Temps CPU User : 720 secondes
4 Modélisation
B
4.1
Caractéristiques de la modélisation
4.2
Caractéristiques du maillage
Nombre de noeuds : 359
Nombres et types d'éléments : 101 QUAD8, 55 SEG3
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4.3 Fonctionnalités
testées
Commandes
AFFE_CHAR_MECA CONTACT
FROTTEMENT
`COULOMB'
METHODE
`PENALISATION'
CREA_CHAMP OPERATION
`AFFE'
TYPE_CHAM
`NOEU_DEPL_R'
AFFE
TOUT
`OUI'
NOM_CMP
(`DX', `DY', `DZ')
DYNA_NON_LINE COMP_INCR RELATION
`VMIS_ISOT_LINE'
DEFORMATION
`SIMO_MIEHE'
INCREMENT
SUBD_PAS
4
ETAT_INIT
VITE
4.4
Grandeurs testées et résultats
Grandeur testée
Référence :
Code_Aster
Différence (%)
déplacement radial du
3.87 2.92
24.55
point A
déplacement vertical du
13.46 12.69
5.72
point B
4.5 Paramètres
d'exécution
Version : 6.3.07
Machine : CLASTER
Système : IRIX64
Encombrement mémoire :
16 mégamots
Temps CPU User : 434. secondes
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5 Modélisation
C
5.1
Caractéristiques de la modélisation
5.2
Caractéristiques du maillage
Nombre de noeuds : 74
Nombres et types d'éléments : 4 HEXA20, 4 PENTA15, 10 QUAD8, 2 TRIA6, 14 SEG3,
1 HEXA8, 6 QUAD4, 8 SEG2,17 POI1
5.3 Fonctionnalités
testées
Commandes
AFFE_CHAR_MECA CONTACT
FROTTEMENT `COULOMB'
METHODE
`PENALISATION'
CREA_CHAMP OPERATION
`AFFE'
TYPE_CHAM
`NOEU_DEPL_R'
AFFE
TOUT
`OUI'
NOM_CMP
(`DX', `DY', `DZ')
DYNA_NON_LINE COMP_INCR
RELATION
`VMIS_ISOT_LINE'
DEFORMATION
`SIMO_MIEHE'
INCREMENT
SUBD_PAS
4
ETAT_INIT
VITE
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5.4
Grandeurs testées et résultats
Pour cette modélisation très allégée qui n'a qu'un rôle de contrôle algorithmique, on ne teste que des
valeurs de non-régression.
5.5 Paramètres
d'exécution
Version : 6.3.07
Machine : CLASTER
Système : IRIX64
Encombrement mémoire :
300 mégamots
Temps CPU User : 185 secondes
6 Modélisation
D
6.1
Caractéristiques de la modélisation
6.2
Caractéristiques du maillage
Nombre de noeuds : 29
Nombres et types d'éléments : 5 QUAD8, 12 SEG3
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6.3 Fonctionnalités
testées
Commandes
AFFE_CHAR_MECA CONTACT
FROTTEMENT
`COULOMB'
METHODE
`PENALISATION'
CREA_CHAMP OPERATION
`AFFE'
TYPE_CHAM
`NOEU_DEPL_R'
AFFE
TOUT
`OUI'
NOM_CMP
(`DX', `DY', `DZ')
DYNA_NON_LINE COMP_INCR RELATION
`VMIS_ISOT_LINE'
DEFORMATION
`SIMO_MIEHE'
INCREMENT
SUBD_PAS
4
ETAT_INIT
VITE
6.4
Grandeurs testées et résultats
Pour cette modélisation très allégée qui n'a qu'un rôle de contrôle algorithmique, on ne teste que des
valeurs de non-régression.
6.5 Paramètres
d'exécution
Version : 6.3.07
Machine : CLASTER
Système : IRIX64
Encombrement mémoire :
16 mégamots
Temps CPU User : 37. secondes
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7
Synthèse des résultats
Les présentes modélisations diffèrent de la référence de la littérature par la prise en compte de non-
linéarités supplémentaires (contact, frottement), ce qui explique les différences entre leurs résultats
respectifs.
On constate aussi que le calcul 3D présente un surcoût de temps CPU énorme par rapport à
l'axisymétrie, ce qui s'explique à la fois par le plus grand nombre de degrés de liberté mais aussi par
le traitement du frottement qui est beaucoup plus complexe en 3D qu'en 2D.
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