Superéléments condensés - invisibles mais essentiels

Jusqu'à la sortie de la version 21, il n'existait pas beaucoup de façons de modéliser les connexions entre membres en acier de manière plus réaliste qu'avec l'application IDEA StatiCa. Mais il existait tout de même des situations où les valeurs de contraintes aux bords étaient inexactes et ne correspondaient pas au comportement réel des membres en acier. Il n'était pas facile de trouver la bonne façon de rester concentré sur la conception de la connexion, de résoudre uniquement la zone proche du nœud structural et de prendre en compte en même temps le comportement du reste des membres connectés. 

Mais l'équipe de développement a réussi à trouver la solution. Elle a considérablement élargi le modèle en ajoutant des parties de membres qui ne sont pas visibles mais essentielles pour l'ensemble du modèle. Ces parties sont appelées superéléments condensés et effectuent tout le travail difficile lié à l'amélioration du comportement. 

Ce changement garantit que les extrémités des membres visibles dans la scène du modèle ne sont pas réellement des extrémités. Dans les versions précédentes, les sections d'extrémité étaient fixées dans leur plan et des pics de contraintes non réalistes pouvaient souvent se développer ici. Désormais, elles peuvent se déplaner – elles peuvent se déformer non seulement dans le plan de la section transversale mais aussi perpendiculairement à ce plan.

En particulier pour les connexions de sections creuses, les résultats montrent une meilleure conformité avec les essais expérimentaux et les formulations des codes de conception.

D'un autre côté, ce changement signifie également que les pics de contraintes initialement situés dans les sections d'extrémité peuvent et vont se déplacer plus près du nœud de connexion. Dans certains cas, les éléments de connexion peuvent être soumis à des forces plus importantes à l'ère des « superéléments condensés ».  

Trois avantages pour vous

Cette amélioration apporte également des effets secondaires très pratiques – les tronçons de membres simulés par des éléments coques peuvent maintenant être plus courts. Les principaux avantages de ce changement sont :  

• Des temps de calcul en moyenne 30 % plus rapides  
• Une visualisation plus rapide des résultats 
• Une modélisation plus précise des connexions de sections creuses  

D'autres nouvelles fonctionnalités et améliorations importantes introduites dans la version 21 sont spécifiées dans nos Notes de version détaillées.

Nouvelles longueurs des membres

Nos utilisateurs sont habitués aux longueurs par défaut des membres dans le modèle de conception de connexion. Elles dépendaient du type de section transversale (creuse / ouverte).

Désormais, la longueur par défaut est définie à la même valeur de 1,25 x la plus grande des dimensions extérieures de la section transversale pour les deux types. La longueur des superéléments condensés est de 4 x la plus grande des dimensions extérieures de la section transversale pour l'analyse standard contrainte-déformation. Parce que nous voulions maintenir les formes des modes de flambement à l'intérieur des plaques internes de la connexion et non dans les membres, la longueur des superéléments pour l'analyse linéaire de flambement et de rigidité est définie à 0,5 x la plus grande des dimensions extérieures de la section transversale.

Bien que ces changements aient été initialement apportés pour améliorer les connexions de sections creuses, ils ont également aidé d'autres types de connexions à se rapprocher du comportement réel.

Vous pourriez vous demander quelles sont les principales conséquences ? Sans aucun doute, certaines différences de résultats entre les versions se produiront. Dans la grande majorité des connexions, les différences de résultats sont inférieures à 1 %. 

Les cas présentant des différences plus importantes mettent en lumière le sujet où la pratique entre en collision avec la théorie. Ce sujet est lié aux effets de torsion sur les profilés à section ouverte. Pour plusieurs raisons, ces effets sont négligés par les ingénieurs en structure et ne sont pas non plus intégrés dans les applications d'analyse globale par éléments finis.  

Effets de torsion

Eh bien, ce n'est pas de la science-fusée, mais cela ne doit pas nécessairement être évident non plus. Alors, introduisons un peu de théorie :

En fonction du type de section transversale ouverte, des conditions aux limites du membre et du type de chargement, deux types de comportement en torsion peuvent se produire, en considérant l'hypothèse de Vlasov : 

• Pure (St.Venant) torsion 
• Torsion mixte combinant torsion pure et torsion de gauchissement
  • la torsion pure est caractérisée par la force interne T_t (moment de torsion pure) avec la contrainte de cisaillement pur résultante τ_t 
  • la torsion de gauchissement est caractérisée par les forces internes B (bimoment) et T_w (moment de torsion de gauchissement) avec la contrainte normale (longitudinale) de gauchissement résultante σ_w et la contrainte de cisaillement de torsion de gauchissement τ_w

Dans IDEA StatiCa Connection version 21.0, le gauchissement était restreint par les contraintes multipoints reliant le nœud à l'extrémité de la poutre. Ces contraintes sont utilisées pour imposer des charges dans le modèle. Le nouveau superélément condensé repousse les contraintes plus loin et le membre est capable de se déformer. Cela résulte en un bimoment plus important dans la connexion. 

Voici quelques exemples de connexions où ces changements ont conduit à des résultats significativement différents : 

Le tronçon de poutre sous torsion

Connexion poutre-poutre à platine d'about unilatérale

Connexion poutre-poteau

Lorsque vous traitez de tels cas, surtout si vous comparez des résultats entre versions, vous devez garder à l'esprit que les modèles de calcul ne sont pas identiques. Les membres sont plus longs et la rigidité de la connexion est plus faible. Les différences de résultats peuvent donc être prévisibles dans certains éléments de connexion.

Mais vous disposez toujours de certaines options à vérifier pour éviter des résultats incorrects. À partir de la version 21, il est plus important que jamais d'utiliser la fonctionnalité « Charges en équilibre ». 

Vous souhaiterez souvent vérifier le modèle de connexion créé dans l'ancienne version dans la version la plus récente. Vous ne devrez alors pas oublier de définir les paramètres dans la Configuration du code aux nouvelles valeurs par défaut, afin de ne pas mélanger les torchons et les serviettes.

Cependant, si vous voulez être sûr à 100 % que votre application IDEA StatiCa version 21.0 fonctionne avec les meilleures données possibles, modélisez l'ensemble du modèle de calcul dans la version 21 depuis le début.

Si vous êtes intéressé par les bases théoriques des améliorations introduites dans la version 21, vous pouvez trouver des informations très utiles et soigneusement préparées par nos spécialistes dans cet article de la base de connaissances.