Éléments de simulation SOLIDWORKS : résultats solides et poutres

Cette étude de cas compareSOLIDWORKS Simulationrésultats sur un modèle analysé par types d'éléments poutre et solide.Éléments de type poutresont définis par une seule ligne représentant le trajet d'une poutre avec le moment d'inertie transversal appliqué uniquement comme un calcul théorique le long de ce chemin.éléments de type solide, dans ce cas, sont des tétraèdres générés à la place de toute géométrie modélisée, agissant comme une représentation 1:1. Les éléments de type poutre offrent une vitesse supérieure à celle des éléments de type solide, mais leur précision est souvent remise en question.

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L'appareil est un corps de 10 mm de diamètre, de section circulaire uniforme, fixé à une extrémité. À l'autre bout, il est chargé de 100 N comme une poutre en porte-à-faux. Les données ont été recueillies pour des longueurs comprises entre 20 mm et 400 mm (rapports longueur/portée compris entre 2:1 et 40:1). À partir de ces études, les valeurs de déplacement maximal et de contrainte maximale ont été recueillies pour comparaison avec les équations analytiques des poutres en porte-à-faux. La taille des éléments de maille utilisés pour les études sur les solides est fixée à 1,33 mm pour toutes les études sur les éléments solides.

Figure 1 : Configuration de l'appareil et de la charge sur le corps d'essai.

Cette étude de cas a utilisé les équations analytiques suivantes.

Déflexion maximale :

Contrainte maximale :

Résultats

Les résultats des tests FEA et des calculs analytiques sont présentés ci-dessous.

Les résultats de déviation des éléments de poutre concordent avec la solution analytique à 5 % près pour les rapports longueur/portée supérieurs à 4:1 et à 1 % près pour les rapports supérieurs à 8:1. Les résultats de déviation des éléments solides concordent avec ceux de la poutre.

Les résultats de contrainte des éléments de poutre sont identiques à la solution analytique (à moins de 0,5 %) pour toutes les longueurs de modèle testées. Les résultats de contrainte des éléments solides varient considérablement sur toute la plage de résultats, mais restent à moins de 8 % de la solution analytique.

Enfin, le temps de résolution dules études d'éléments de poutre étaient < 0,01 seconde tandis que les études d'éléments solides ont été résolues en 10 secondes.

Conclusion

Les éléments poutres présentent une précision douteuse pour les déflexions inférieures à un rapport longueur/portée de 8:1. Pour les calculs de contraintes, les contraintes des poutres utilisent le calcul analytique, ce qui donne des résultats identiques. Les éléments solides présentent une précision semblable à celle des poutres pour les déflexions, mais des erreurs plus importantes pour les contraintes. Une taille de maillage réduite permettrait de compenser cette erreur. Les solides sont fiables pour les rapports longueur/portée inférieurs à 8:1, lorsque les calculs de poutres et les équations analytiques deviennent invalides.

Dans ce cas, les éléments poutres sont résolus environ 1 000 fois plus vite que les éléments solides. Pour les structures poutres plus grandes et plus complexes, les imprécisions des éléments poutres sont compensées par un cycle de conception et un temps de résolution réduits.

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