Le flambement est rarement une propriété d'un élément isolé. Il dépend de la rigidité de la structure environnante, des conditions aux limites, de la position des charges, des imperfections et, point important, du comportement réel des assemblages.
L'application Stability réunit tous ces aspects. Les ingénieurs peuvent modéliser la partie pertinente de la structure, vérifier le système statique, concevoir et vérifier les assemblages, identifier les modes de flambement critiques, introduire des imperfections et réaliser une analyse non linéaire géométrique et matérielle avec imperfections (GMNIA), le tout dans un flux de travail unique et connecté.
Au lieu d'estimer la longueur de flambement d'un élément isolé, l'ingénieur peut analyser comment l'élément flambera réellement au sein de la structure.
La solution répond aux principales tâches suivantes :
- Vérifier un élément en acier dont le dimensionnement est régi par le flambement, et non par la résistance.
- Concevoir et vérifier les assemblages de cet élément dans le cadre du même projet.
- Vérifier la résistance à la stabilité des éléments et des sous-structures.
- Générer une note de calcul unique couvrant la structure et ses assemblages.
Navigation rapide :
Modéliser la structure autour de l'élément analysé (éléments)
Une analyse de stabilité fiable commence par un modèle de structure adapté.
- Dans Stability, l'ingénieur travaille avec une sous-structure plutôt qu'avec un élément isolé. Les éléments, nœuds, appuis, rotules, excentrements, charges et combinaisons sont définis directement dans la scène 3D et restent modifiables tout au long du processus de conception.
- Les projets peuvent démarrer à partir d'un modèle vide, d'un modèle préparé ou d'un import depuis un logiciel de calcul par éléments finis. Les éléments peuvent être ajoutés, supprimés, divisés ou repositionnés sans reconstruire l'ensemble du projet.
- Les aides de traçage et d'orthogonalité permettent de créer la géométrie de la structure directement dans la scène. Les distances répétées peuvent être saisies à l'aide d'un multiplicateur.
- Les nœuds en double situés au même endroit sont fusionnés automatiquement afin de préserver la connectivité du modèle de structure.
Les appuis et les rotules d'extrémité d'élément sont visibles directement dans la scène, et leurs degrés de liberté individuels sont modifiables. Le modèle peut ainsi être inspecté avant toute analyse de stabilité avancée.
Une analyse linéaire fournit les réactions, les efforts internes et les déformations, ce qui permet à l'ingénieur de comparer la réponse de la structure avec ses attentes avant de poursuivre le flux de travail.
L'ingénieur peut ainsi vérifier que le système statique analysé correspond bien à celui qu'il souhaitait créer.
Découvrez comment créer un modèle de structure dans l'application Stability dans cet article.
Des charges telles qu'elles existent dans le modèle de structure
Stability fonctionne avec des cas de charge et des combinaisons de charges, y compris le poids propre automatique. Les combinaisons sont définies comme ELU ou ELS.
L'utilisateur choisit parmi les charges ponctuelles et linéiques à appliquer aux éléments.
Pour les éléments modélisés par coques, la position d'une charge est déterminante. Une charge peut donc agir sur l'axe de l'élément ou sur l'une de ses faces, avec prise en compte de l'excentrement et de la largeur chargée.
Le même principe s'applique à la géométrie de l'élément. Les excentrements de début et de fin peuvent être définis indépendamment, ce qui permet de représenter des éléments dont l'alignement physique varie entre leurs extrémités.
Le résultat est un modèle de structure qui peut d'abord être contrôlé à l'aide des résultats familiers d'une analyse linéaire, puis utilisé de manière cohérente pour les analyses plus avancées qui suivent.
Découvrez pas à pas comment définir les charges dans Stability dans cet article.
Transformer l'élément critique en modèle CBFEM
Tous les éléments de la sous-structure n'ont pas besoin d'un modèle détaillé par éléments finis.
Stability conserve la structure environnante sous forme d'éléments 1D, tout en permettant à l'ingénieur de sélectionner la partie critique et de la convertir en élément CBFEM modélisé avec des éléments finis coque.
La partie CBFEM du modèle peut être constituée d'un ou de plusieurs éléments, et cette sélection reste modifiable. Le reste de la structure modélisée demeure en éléments 1D, avec uniquement les tronçons nécessaires à la conception des assemblages. Cela apporte du détail là où il est nécessaire, tout en gardant le reste du système structurel simple.
Retrouvez plus d'informations sur la définition des éléments CBFEM dans Stability dans cet article.
Les assemblages réels font partie du modèle de stabilité
La création d'un élément CBFEM identifie automatiquement ses nœuds comme des assemblages.
Dans un projet Stability autonome, ces assemblages peuvent être ouverts directement dans IDEA StatiCa Connection et conçus à l'aide des opérations habituelles pour les plaques, boulons, soudures, raidisseurs et autres composants d'assemblage.
La vérification de l'assemblage utilise les effets de charge à l'ELU calculés par l'analyse linéaire 1D dans Stability. Aucun transfert d'efforts n'est nécessaire entre le modèle de structure et le modèle d'assemblage.
Si l'analyse 1D n'a pas encore été réalisée, l'utilisateur reçoit une notification indiquant l'absence de résultats.
Pour les structures comportant des assemblages répétés, un assemblage déjà conçu peut également être réutilisé via les Assemblages récents.
Cela comble un écart important entre la stabilité des éléments et la conception des assemblages. L'analyse n'a plus besoin de s'appuyer uniquement sur l'hypothèse d'un assemblage idéalisé lorsque l'assemblage réel est conçu ailleurs.
À la place, l'assemblage qui transmet les efforts peut être conçu, vérifié puis représenté par sa rigidité réelle dans l'analyse de stabilité.
Vérifier la structure avant de rechercher l'instabilité
Avant les analyses de stabilité, une analyse matériellement non linéaire (MNA) est réalisée. L'objectif est simple : vérifier que la structure, y compris les assemblages conçus, peut supporter 100 % de la charge appliquée.
Cela crée une séquence logique de vérifications :
modèle de structure → transfert des charges → conception des assemblages → MNA → analyse de stabilité
L'ingénieur aborde donc l'évaluation de la stabilité avec un système structurel dont la géométrie, le chargement, les conditions aux limites et les assemblages ont déjà été vérifiés.
Découvrez comment concevoir des assemblages dans l'application Stability dans cet article.
Modes de flambement : visualiser comment la structure flambe
L'étape suivante est une analyse de flambement linéaire (LBA).
Au lieu de demander à l'ingénieur d'anticiper un mode de flambement ou de déterminer au préalable une longueur de flambement efficace, Stability calcule les modes de flambement de la sous-structure modélisée.
Chaque mode est visualisé directement sur la structure, avec son facteur de charge critique αcr.
Cela fournit à la fois un résultat numérique et une représentation concrète de l'instabilité : l'ingénieur peut voir si le comportement déterminant est global, lié à l'élément ou local, et comment la structure environnante y participe.
L'analyse étant réalisée sur la sous-structure modélisée, elle prend en compte ses appuis réels et la rigidité des assemblages conçus.
Le facteur de charge critique peut par conséquent être utilisé pour obtenir Ncr, Mcr, ainsi que la longueur de système correspondante, à utiliser dans un modèle de structure global. Il permet également de déterminer si les effets du second ordre peuvent être négligés dans l'analyse globale.
Si le facteur de charge critique est inférieur à 1,0, la charge appliquée dépasse déjà la charge critique élastique du système analysé, une condition clairement indiquée dans les résultats.
Des modes de flambement aux imperfections
Un modèle numérique parfait ne flambe pas comme une structure réelle. Une analyse de stabilité avancée nécessite donc des imperfections.
Stability rend leur définition visible au lieu d'en faire une donnée numérique abstraite.
Les imperfections globales peuvent être introduites sous forme d'inclinaison ou déduites des modes de flambement calculés par la LBA. Les modes disponibles sont accompagnés de leurs facteurs critiques et d'indicateurs aidant l'ingénieur à évaluer leur pertinence.
Les modes de flambement sélectionnés peuvent être combinés avec des pondérations et des amplitudes définies par l'utilisateur.
Surtout, la géométrie imparfaite obtenue est affichée directement dans la scène 3D en millimètres avant le lancement de la GMNIA.
L'ingénieur peut ainsi examiner non seulement l'amplitude de l'imperfection, mais aussi sa direction et sa forme combinée.
Ce point est particulièrement important lorsque plusieurs imperfections interagissent. Un mode de flambement n'a en lui-même aucune orientation positive ou négative, alors que la direction choisie peut influencer la résistance finale. Visualiser la géométrie obtenue avant le calcul rend cette décision d'ingénierie explicite.
En savoir plus sur les imperfections dans l'application Stability.
GMNIA sans détermination des longueurs de flambement
Une fois les imperfections définies, Stability réalise une analyse non linéaire géométrique et matérielle avec imperfections (GMNIA).
Il s'agit de la méthode avancée pour l'évaluation de la stabilité : au lieu de déterminer des longueurs de flambement puis d'appliquer une formule de stabilité d'élément, la réponse non linéaire de la structure imparfaite est calculée directement.
Les résultats comprennent la vérification des déformations, ainsi que les composantes de contrainte, de déformation et de déplacement.
L'analyse propose également des paramètres de réduction de rigidité selon la norme de calcul sélectionnée, ainsi qu'une limite de rotation pour le déversement. La réduction de rigidité n'affecte que la GMNIA ; la MNA et la LBA ne sont pas modifiées.
Le flux de travail distingue donc trois questions d'ingénierie différentes :
MNA : la structure détaillée et ses assemblages peuvent-ils supporter la charge appliquée ?
LBA : comment la structure tend-elle à flamber, et pour quel facteur de charge critique ?
GMNIA : la structure imparfaite satisfait-elle à l'évaluation de la stabilité selon la méthode d'analyse avancée ?
Chaque analyse dispose de ses propres résultats et d'un statut OK / NOT OK explicite, de sorte que la conclusion n'a pas à être déduite d'un ensemble de tableaux de résultats.
La note de calcul finale peut couvrir l'analyse de la structure et, si nécessaire, inclure les vérifications des assemblages dans le même document.
Découvrez tous les types d'analyse de Stability dans cet article.
Partir directement de votre modèle EF global via Checkbot
Dans de nombreux projets, l'élément nécessitant une vérification de stabilité existe déjà dans un modèle EF global.
Il n'y a aucune raison de le reconstruire.
Stability est donc intégré à IDEA StatiCa Checkbot. Une sous-structure pertinente peut être extraite du modèle global importé et ouverte directement dans Stability avec sa géométrie, l'alignement des sections, les excentrements des éléments, les cas de charge, les combinaisons et les assemblages.
L'étape de modélisation est ignorée et le projet Stability s'ouvre directement à l'étape Design (aucune modélisation de la structure 1D n'est nécessaire ; l'onglet Model n'est donc pas visible)
Cela réduit les ressaisies manuelles entre l'analyse globale et l'évaluation détaillée de la stabilité, et avec elles le risque que le modèle vérifié diffère de celui qui a généré les efforts.
Une donnée d'ingénierie importante reste toutefois à la charge de l'utilisateur : les appuis en limite de la sous-structure extraite. Ces conditions aux limites représentent la retenue apportée par la structure environnante et peuvent influencer de manière significative le résultat de stabilité. Elles doivent donc être définies et vérifiées par l'ingénieur.
D'abord les assemblages, ensuite la stabilité
Lorsque Stability est lancé depuis Checkbot, la conception des assemblages reste gérée par Checkbot.
Les assemblages y sont conçus en premier, en conservant les groupes d'assemblages et le lien avec le modèle de structure importé. Stability lit ensuite ces conceptions et utilise leur rigidité dans l'évaluation de la stabilité, sans les modifier.
Le flux de travail est donc volontairement simple :
Importer le modèle EF global → concevoir les assemblages dans Checkbot → sélectionner la sous-structure → ouvrir Stability → définir les appuis aux limites → lancer la vérification de stabilité.
Checkbot conserve le statut des analyses, y compris la MNA, le facteur critique de la LBA, la GMNIA et les vérifications des plaques, ce qui donne à l'ingénieur une vue d'ensemble des projets de stabilité déjà vérifiés.
Et lorsque la sous-structure importée ne suffit pas pour la tâche, le projet peut être exporté vers un Stability autonome. L'onglet Model complet y est de nouveau disponible, ce qui permet à l'ingénieur d'étendre ou de modifier la structure et de poursuivre l'analyse de manière indépendante.
De l'élément isolé au système structurel réel
Stability change la question posée par une vérification de stabilité d'élément. Au lieu de se demander :
« Quelle longueur de flambement dois-je supposer pour cet élément ? »
...l'ingénieur peut étudier :
« Comment cet élément flambe-t-il au sein de la structure qui le retient réellement ? »
La modélisation modifiable de la sous-structure, les éléments CBFEM, les assemblages vérifiés selon la norme, la rigidité réelle des assemblages, les modes de flambement de la LBA, les imperfections visibles et la GMNIA sont réunis dans un seul flux de travail, du modèle de structure jusqu'à la note de calcul finale.
Telle est la vocation de la nouvelle application Stability dans IDEA StatiCa 26.1 : analyser les éléments sujets au flambement comme faisant partie de la structure à laquelle ils appartiennent réellement.
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