Allègement de modèles pour l’étude de zones singulières

L’une des thématiques pour lesquelles l’axe MaPP développe des méthodologies scientifiques est la mise en place de stratégies de modélisation numérique légère, dédiées à l’étude de l’influence des conditions de fabrication. Ces stratégies de simulations numériques sont conçues pour être adaptées à la fois à l’étude de l’influence de détails ou de particularités structurales dont le comportement mécanique ou thermique est fortement influencé par les conditions de fabrication, mais ont pour mission essentielle d’être utilisables pour des simulations à l’échelle à laquelle l’influence de ces particularités doit être étudiée, à savoir l’échelle structurelle.

La démarche suivie pour concilier ces deux exigences, souvent a priori opposées, est principalement basée sur la sélection des informations essentielles que l’on cherche à tirer des simulations, et la non évaluation des grandeurs qui n’interviennent pas dans le comportement spécifique recherché. Ce principe mène à des approches de modélisation imaginées au cas par cas, croisant les éléments (1D, 2D, 3D, multicouches, etc.) au sein d’un même modèle, et pouvant changer d’une simulation à l’autre pour une même représentation structurelle, si le cas de charge ou le phénomène recherché diffère. Ces mêmes stratégies sont appliquées au sein de l’axe MaPP aussi bien pour des simulations de structures en implicite ou en calcul explicite. Ces démarches visent, entre autres, à améliorer le dialogue essais-calculs, et sont souvent menées en lien avec les problématiques d’évaluation du comportement mécanique à échelle structurelle sous sollicitation représentative. Elles ont également pour ambition d’être fonctionnelles à l’échelle industrielle pour la conception de panneaux de grandes tailles, voire de structures complètes.

Un exemple de modélisation allégée développée pour l'étude de l'influence de conditions de fabrication sur le comportement de zones singulières est dédié à la simulation numérique de structures réparées. Elle concerne les réparations quasi-flush avec une interface de collage en marches d’escalier. On substitue à un modèle numérique 3D, une représentation plus légère grâce à la représentation de la structure initiale ainsi que du patch de réparation, via des éléments coques composites. Le film adhésif est représenté par des éléments volumiques isotropes. La cinématique de l’ensemble est restituée via la jonction des plans du substrat composite par des éléments de poutres rigides. Le gain est significatif et autorise des modèles avec typiquement 14 fois moins de degrés de libertés, pour un temps de calcul 11 fois plus court. Outre la possibilité d’intégrer une zone réparée dans un modèle avion, cette approche facilite les croisements calcul-essais, notamment dans le cadre de la démarche par évaluateurs technologiques.

Simulation de l’influence de variabilités spatiales mésoscopiques sur le comportement mécanique macroscopique en compression/flexion
Stratégie de modélisation allégée pour la représentation d’une zone de réparation composite/composite elliptique en marches d’escalier