Limitations pour l'analyse de fatigue par contrainte Hot-Spot (HSS)

Bien que le logiciel permette un raffinement local du maillage et une visualisation des contraintes pouvant superficiellement ressembler à une évaluation hot-spot, la formulation CBFEM sous-jacente ne satisfait pas aux exigences méthodologiques de l'approche par contrainte structurelle. 

Philosophie de conception du CBFEM et ses implications

La Méthode des Éléments Finis basée sur les composants (CBFEM) implémentée dans IDEA StatiCa a été développée dans un but précis : la vérification plastique à l'ELU des assemblages conformément à l'EN 1993-1-8. Les choix de modélisation suivants reflètent ce périmètre :

Chacun de ces choix est approprié pour la conception à l'ELU au niveau des composants, mais incompatible avec la méthodologie de la contrainte structurelle, qui présuppose que la concentration de contrainte géométrique au pied de soudure est explicitement capturée par le modèle EF.

Exigences méthodologiques de l'approche par contrainte Hot-Spot

Pour référence, l'annexe B de l'EN 1993-1-9 et les recommandations de l'IIW exigent :

• Une taille de maille de t × t à l'emplacement du hot-spot, avec un raffinement approprié dans la zone d'extrapolation.
• La récupération des contraintes de surface aux points de référence 0,4·t et 1,0·t depuis le pied de soudure (pour les hot-spots de type « a »).
• Un pied de soudure géométriquement défini — soit modélisé explicitement avec la gorge et le pied, soit localisé à la position théorique du pied sur la surface de la plaque de base.
• Une extrapolation linéaire (ou quadratique) de la contrainte principale orientée à ±60° de la normale au pied de soudure.

Aucune de ces conditions n'est intrinsèquement satisfaite par le modèle IDEA StatiCa Connection.

Ce qui est partiellement réalisable dans IDEA StatiCa

Dans un souci de transparence, les opérations suivantes sont techniquement possibles, bien qu'elles ne constituent pas une évaluation HSS conforme :

Raffinement local du maillage

• La taille des éléments sur les plaques individuelles peut être contrôlée via Paramètres de maillage → taille d'élément.
• Un raffinement jusqu'à ~2–4 mm dans les zones critiques est réalisable.
• Pour une épaisseur de plaque représentative de t = 15–25 mm, cela reste en deçà de la résolution de quatre à six éléments requise pour une extrapolation fiable.

Visualisation des contraintes

• La contrainte équivalente (σ_eq, von Mises) est disponible sur la surface des plaques.
• Les valeurs de contrainte aux positions approximatives correspondant à 0,4·t et 1,0·t peuvent être lues manuellement à l'aide du curseur ou de l'outil coupe.
• Cependant, la contrainte de von Mises n'est pas la mesure de contrainte correcte pour l'extrapolation HSS ; la composante de contrainte principale normale au pied de soudure est requise.

Ce qui ne fonctionne pas

• Géométrie des soudures : Les soudures sont représentées par des contraintes MPC avec récupération des efforts/contraintes sur une gorge virtuelle. La plaque se termine à la face d'assemblage, de sorte qu'aucune géométrie de pied de soudure n'existe vers laquelle extrapoler.
• Placement des nœuds aux points d'extrapolation : Le mailleur ne permet pas le placement explicite de nœuds à 0,4·t et 1,0·t. Les contraintes sont récupérées aux points d'intégration et extrapolées vers les nœuds aux positions dictées par le générateur de maillage.
• Post-traitement : Il n'existe pas de fonction d'extrapolation linéaire/quadratique intégrée, ni de vérification de l'orientation de la contrainte principale par rapport au pied de soudure, ni de module de sortie de fatigue pour les approches par contrainte structurelle ou par contrainte d'entaille.

Clarification sur la représentation non physique des soudures

Il est important que les utilisateurs comprennent que l'option de soudure bout à bout dans IDEA StatiCa est une abstraction de modélisation non physique. Les plaques connectées sont couplées par des équations de contrainte le long de leurs lignes médianes, et la soudure elle-même n'a aucune représentation géométrique discrète dans le maillage EF. Sans pied de soudure physiquement modélisé — et sans vérification par rapport à un sous-modèle solide ou de coques raffiné — aucune affirmation définitive concernant la validité d'une lecture HSS issue de ce modèle ne peut être formulée.

Processus de travail recommandé pour les assemblages critiques vis-à-vis de la fatigue

IDEA StatiCa Connection effectue des vérifications normatives à l'ELU conformément à l'EN 1993-1-8. La fatigue n'est pas un résultat standard. Pour les assemblages gouvernés par la fatigue, le processus de travail suivant est recommandé :

1. Utiliser IDEA StatiCa Connection pour :

• Valider la capacité à l'ELU de l'assemblage.
• Extraire les efforts intérieurs et les états de contrainte nominaux sur les plaques et soudures concernées, loin de la région de discontinuité. 

1. Effectuer la vérification de fatigue en externe en utilisant :

• L'approche par contrainte nominale selon l'EN 1993-1-9 avec la catégorie de détail appropriée, lorsque la géométrie correspond à un détail tabulé. 

1. Pour les détails non standard ou lorsque l'approche nominale n'est pas applicable (géométrie complexe, attaches sans catégorie tabulée, plaques très épaisses) :

• Utiliser un logiciel EF dédié (par exemple, Abaqus ou ANSYS) pour construire un sous-modèle de coques ou solide satisfaisant aux exigences de maillage et de modélisation des soudures de l'IIW.
• Appliquer l'approche par contrainte structurelle (hot-spot) ou par contrainte d'entaille effective selon le cas.
• Coupler le sous-modèle aux résultats IDEA par des forces aux limites équivalentes ou des déplacements imposés.

Pour les détails critiques vis-à-vis de la fatigue ou les détails non standard, la vérification de fatigue doit être effectuée en externe en utilisant soit l'approche par contrainte nominale, soit un sous-modèle EF dédié construit pour la méthodologie de contrainte structurelle/d'entaille.