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Analyse Statique avec Soulagement d’Inertie en Mécanique Ansys

Création d’une analyse statique détaillée avec Intertia Relief dans Ansys Mechanical

Exemple pratique | Soulagement de l’inertie

Un exemple aide à expliquer l’analyse statique avec le soulagement d’inertie. Considérez une structure qui a une masse et une charge verticale qui dépasse son poids. Sans contrainte dans la direction verticale, la matrice de rigidité globale est singulière, et aucune solution n’existe.

S’il y a suffisamment de contrainte pour empêcher le mouvement vertical, mais que la charge verticale ne correspond pas exactement au poids, il y aura de fortes forces de réaction là où la contrainte verticale est appliquée.

Dans une analyse transitoire, en l’absence de contrainte verticale, la structure serait accélérée par la différence de force entre le poids et la force verticale appliquée, et la structure se déplacerait et vibrerait pendant l’analyse transitoire.

Intertia Relief dans un modèle FEA

Inertia Relief permet au modèle FEA d’équilibrer exactement la différence de force (force appliquée moins poids) dans une analyse statique avec des forces de corps d’accélération sur toute la structure, de sorte que la réaction sur la contrainte verticale soit nulle. Selon la position et la direction de la force appliquée par rapport au centre de gravité, des accélérations peuvent exister en X, Y et Z, ainsi que des accélérations de rotation autour de X, Y et Z.

Le soulagement d’inertie lors de l’analyse d’une telle structure nécessite que la masse soit correctement représentée, qu’une contrainte juste suffisante soit appliquée pour empêcher la translation et la rotation du corps libre, que des charges soient appliquées et que le soulagement d’inertie soit demandé. D’autres conditions doivent être remplies. La commande IRLF est utilisée par Ansys lors de la résolution.

Soulagement d’inertie dans un modèle mécanique d’atelier

Dans l’interface Workbench Mechanical, si une analyse statique est demandée, la branche Analysis Settings propose Inertia Relief dans ses détails, comme illustré à la figure 2. L’utilisation de Inertia Relief suppose que les conditions de qualification du modèle sont remplies :

Figure 2 : Sélection du relief d’inertie dans une analyse statique

Les conditions et limitations suivantes, extraites de la visionneuse d’aide ANSYS, doivent être prises en compte :

Soulagement d’inertie – Analyses structurelles statiques linéaires uniquement
Calcule les accélérations pour contrebalancer les charges appliquées. Les contraintes de déplacement sur la structure ne doivent être que celles nécessaires pour empêcher les mouvements de corps rigides (6 pour une structure 3D). La somme des forces de réaction aux points de contrainte sera nulle. Les accélérations sont calculées à partir des matrices de masse des éléments et des forces appliquées. Les données nécessaires pour calculer la masse (comme la densité) doivent être entrées. Les accélérations de translation et de rotation peuvent être calculées.

  • Cette option s’applique uniquement aux analyses structurelles statiques linéaires.
  • Les non-linéarités, les éléments qui fonctionnent dans le système de coordonnées nodales et les éléments de déformation plane axisymétriques ou généralisés ne sont pas autorisés.
  • Les modèles avec des types d’éléments 2D et 3D ou avec des contraintes de limite de symétrie ne sont pas recommandés.
  • Les charges peuvent être saisies comme d’habitude. Les déplacements et les contraintes sont calculés comme d’habitude.
  • Les modèles de symétrie ne sont pas valides pour l’analyse de relief d’inertie.

Notez la nécessité d’une contrainte « juste suffisante » pour empêcher le mouvement du corps rigide et de la masse dans le modèle. Les paramètres d’un modèle Inertia Relief seront décrits dans l’exemple suivant. « Ressorts faibles » doit être désactivé.

Configuration d’un modèle FEA structurel statique avec soulagement d’inertie

Comme dans la figure 1, un corps à surface plane a été créé et maillé avec des éléments de coque. Le corps contient une empreinte circulaire. Une charge de pression a été appliquée à l’empreinte, dirigée de manière à ce qu’elle puisse soulever le corps. La gravité tire vers le bas.

Figure 3 : Modèle structurel statique avec une pression de levage appliquée

Dans la Figure 3 et la Figure 4, un déplacement à distance a été appliqué au bord de l’empreinte circulaire, défini sur un déplacement et une rotation nuls en X, Y et Z, et défini sur Déformable, afin que la structure puisse se déformer localement. Comme mentionné ci-dessous, la contrainte aux sommets peut être préférée.

Figure 4 : Déplacement à distance pour empêcher le mouvement rigide du corps – 6 DOF sont contraints

À titre de vérification lors du post-traitement, la réaction de force et la réaction de moment ont été mesurées comme dans la figure 5 pour voir qu’elles sont pratiquement nulles, comme cela devrait se produire avec Inertia Relief.

Figure 5 : Mesurer les réactions de force et de moment au déplacement à distance

DévierL’ion de la structure prend la forme attendue, comme le montre la figure 6. La structure est tirée vers le haut au centre, tirée vers le bas par gravité et tirée vers le bas par l’accélération de la décharge d’inertie qui est appliquée afin de faire correspondre la force appliquée nette les accélérations inertielles qui sont appliquées pour fournir le soulagement inertiel.

Figure 6 : Déformation en Y

À la fin de l’étape Résoudre le chargement, la liste de texte de sortie fournit des informations sur les accélérations de translation et les accélérations de rotation du relief d’inertie qui équilibrent le modèle afin qu’il n’y ait pas de forces de réaction :


*********  RÉSUMÉ DE LA CHARGE TOTALE  *********
AXE X      AXE Y      AXE Z
FORCES AU CENTRE DE MASSE………… 0.80779E-26  10.189     0.96935E-26
MOMENTS SUR L’ORIGINE……………..-0.57601E-06 0.10340E-24-0.44384E-07
MOMENTS AUTOUR DU CENTRE DE MASSE…………-0.76797E-06 0.10340E-24-0.40969E-07

*********  RÉSUMÉ DE L’INSERTION D’INERTIE  *********
AXE X      AXE Y      AXE Z
ACCÉLÉRATIONS DE TRANSLATION DE DÉCHARGE D’INERTIE 0.12250E-21 0.15452E+06 0.14701E-21
ACCÉLÉRATIONS DE ROTATION DE DÉCHARGE D’INERTIE…-0.38801E-04 0.13836E-23-0.74542E-06

**************************************** **************
*************** RÉSOLUTION FINIE POUR LS 1 *************


Cet exemple a une accélération pratiquement nulle dans toutes les directions sauf l’axe Y, car la pression appliquée est centrée sur le modèle. Les accélérations sont celles qui équilibrent la charge appliquée, de sorte qu’il ne devrait pas y avoir de réactions aux contraintes qui empêchent le mouvement du corps rigide. Ce sont les accélérations qui seraient observées dans une analyse transitoire s’il n’y avait pas de vibration dans la réponse. La réaction de force est pratiquement nulle, comme le montre la figure 7 :

Figure 7 : Les réactions de force sur le déplacement à distance sont pratiquement nulles

Une vérification doit également être effectuée sur les réactions de moment, comme dans la figure 8 :

Figure 8 : Les réactions de moment au déplacement à distance sont pratiquement nulles

Les réactions sont nulles parce que les accélérations de soulagement inertiel équilibrent la charge appliquée.

Contraintes alternatives | Analyse statique avec Intertia Relief

Des contraintes alternatives qui empêchent le mouvement du corps rigide pourraient être utilisées, comme dans la Figure 9, dans laquelle UY est empêché à trois sommets, UX à deux sommets et UZ à un sommet :

Figure 9 : Un choix alternatif de contraintes qui empêchent le mouvement du corps rigide – Trois sommets impliqués

Les réactions sont à nouveau pratiquement nulles et le résultat de déplacement est similaire mais pas identique. Sur la figure 10, la plage de déplacements verticaux est comprise entre 0,0 et 0,027502 mm, tandis que sur la figure 6, la plage est de -0,025613 et 0,0020924. La différence dans les déplacements nets peut être due à la déviation à distance affectant la rotation de la coque. Les sommets contraignants peuvent être préférés en général.

Figure 10 : Déplacement vertical avec contraintes à 3 sommets d’angle

Les mêmes contraintes en résultent, comme le montre la figure 11 :

Figure 11 : Contraintes identiques avec différentes approches pour prévenir les mouvements de corps rigides

Conclusion | Analyse statique avec soulagement de l’inertie

Ansys Workbench Mechanical prend en charge le soulagement de l’inertie dans une analyse structurelle statique lorsque certaines conditions sont remplies. Les utilisateurs doivent activer Inertia Relief dans les paramètres d’analyse pour l’environnement structurel statique et fournir juste assez de contraintes pour empêcher les mouvements de corps rigides en X, Y, Z, ROTX, ROTY et ROTZ. Des forces de réaction de zéro devraient en résulter. La liste de texte de sortie indiquera les accélérations de la structure qui sont impliquées par les déséquilibres de force.

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