ETUDE D'UN MODELE SIMPLIFIE DE PORTIQUE PLAN ARTICULE

Description

TUTORIAL 1
ETUDE D’UN MODELE SIMPLIFIE DE
PORTIQUE PLAN ARTICULE
L'objectif de ce tutorial est de décrire les différentes étapes dans CASTOR Concept / FEM
permettant d'effectuer l'analyse statique d'une structure filaire soumise à différents
chargements statiques.
Avec ce tutorial, vous allez apprendre à :
2 Définir les sections et les orientations des
1 Créer une géométrie filaire.
poutres.
3 Attribuer un matériau sur la structure. 4 Insérer des conditions aux limites.
5 Créer des chargements. 6 Réaliser le maillage de la structure.
8 Visualiser et exploiter les résultats de
7 Exécuter l'analyse statique.
l'analyse statique.
Les étapes 2, 3, 4, 5 et 6 sont interchangeables.Présentation de l’exemple
L’étude proposée dans cet exercice traite des calculs de dimensionnement des portiques,
ossatures principales des bâtiments. Le portique étudié constitue une structure de soutient
d’un bâtiment de stockage.
Ce portique est constitué d’un assemblage de profilés IPN. Deux autres portiques sont utilisés
dans ce bâtiment. Un rail de guidage d’un palan est fixé au niveau du faîtage du bâtiment tout
le long de celui-ci. Il est donc soumis à la masse du toit et à une masse éventuellement
suspendue au palan.
Rail du palan
Traverse
Charge du
palan
A
B
Poteau
Illustration de l’exemple : schéma simplifié du batiment
Ce bâtiment est situé dans une région enneigée un quart de l’année. Le cas de charge étudié
sera celui du à la masse de neige sur le toit
Nous avons choisis d’étudier le ...

Sujets

• Critère de plasticité
• Profiles in Courage Award
• Traverse
• Condition aux limites
• Élémentaire
• Poteaux d'angle

Informations

• Publié par: Shaem
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• Langue: Français

Extrait

TUTORIAL 1 ETUDE D’UN MODELE SIMPLIFIE DE PORTIQUE PLAN ARTICULE

L'objectif de ce tutorial est de décrire les différentes étapes dans CASTOR Concept / FEM permettant d'effectuer l' analyse statique d'une structure filaire  soumise à différents chargements statiques . Avec ce tutorial, vous allez apprendre à :

1 Créer une géométrie filaire. 2 p D o é u f t i r n e ir les sections et les orientations des s.

3 Attribuer un matériau sur la structure. 4 Insérer des conditions aux limites.

5 Créer des chargements. 6 Réaliser le maillage de la structure.

7 Exécuter l'analyse statique. 8 l' V a i n s a u ly al s i e s   e s r t   a e t t i   q e u x e p . loiter les résultats de

Les étapes 2, 3, 4, 5 et 6 sont interchangeables.

Présentation de l exemple ’ L’étude proposée dans cet exercice traite des calculs de dimensionnement des portiques, ossatures principales des bâtiments. Le portique étudié constitue une structure de soutient d’un bâtiment de stockage. Ce portique est constitué d’un assemblage de profilés IPN. Deux autres portiques sont utilisés dans ce bâtiment. Un rail de guidage d’un palan est fixé au niveau du faîtage du bâtiment tout le long de celui-ci. Il est donc soumis à la masse du toit et à une masse éventuellement suspendue au palan.

A

Charge du palan

Rail du palan

Traverse

Poteau

B

’ Illustration de l exemple : schéma simplifié du batiment Ce bâtiment est situé dans une région enneigée un quart de l’année. Le cas de charge étudié sera celui du à la masse de neige sur le toit Nous avons choisis d’étudier le portique central du fait qu’il est le plus chargé. L’étude à conduire sera bidimensionnelle dans le plan de ce dernier. Il s’agit donc de considérer des conditions aux limites empêchant tout déplacement perpendiculairement à ce plan. La charge éventuellement suspendue au palan sera située au sommet de ce portique. Les actions qui s’exercent sur les traverses du portique central correspondent à la masse de la moitié de la toiture à laquelle on rajoute la masse de neige accumulée sur cette moitié de toiture. Ces actions sont assimilées à une charge linéique répartie linéairement le long des traverses. Cette charge vaut 8 N/mm. La liaison au sol est du type rotules en A et en B.

Modèle et données techniques

S I 2 α

I 1

q

P I 2 Charge du palan

I 1 Modèle du portique central

Dans la suite de l’étude, les notations suivantes seront utilisées : Descriptif Valeur numérique P Charge du palan 5 000 N q Charge répartie sur les traverses due à la neige 8 N/mm I 1 Profilé des poteaux IPN 380 I 2 Profilé des traverses IPN 450 h Longueur des poteaux 8 000 mm f Hauteur du faîtage 4 000 mm S Longueur d’une traverse 10 770 mm L Largeur de la structure 20 000 mm l Longueur du bâtiment 30 000 mm α Angle d’inclinaison des traverses A déterminer Matériau utilisé : Acier S275 E Module d’Young 210 000 MPa ν Coefficient de poisson 0.3 ρ Masse volumique 7 850.10 -9 kg/mm 3 f y Contrainte de Limite élastique  265 MPa 16 < e ≤ 40 mm Liste des données

f

h

Objectifs de l étude ’

Problématique générale On cherche à vérifier que la structure résistera aux chargements en statique dus à la neige, mais également à la charge suspendue au palan.

Objectifs liés à cet exercice Nous allons étudier le dimensionnement de cette structure
  en résistance (évaluation des contraintes aux liaisons au sol et aux liaisons poutres / traverse). Nous vérifierons que les contraintes de Von Mises relevées ne dépassent pas la limite élastique du matériau.
  en rigidité (évaluation des déplacements en têtes de poteau, de la flèche de la traverse). Nous vérifierons le critère de la flèche, à savoir : Flèche Max < L profilé   200

Analyse par Eléments Finis

Présentation Dans cette partie, nous allons modéliser le portique à l’aide du progiciel CASTOR Concept / FEM. Les liaisons au sol (liaisons rotules) seront prises en compte dans les calculs par l’intermédiaire des conditions aux limites. Le matériau choisi est un Acier S275.

Création du modèle avec CASTOR Concept/FEM Création de la géométrie    Pour créer la structure filaire avec CASTOR Concept / FEM: 1 Démarrez le gestionnaire d’application CASTOR Concept puis cliquez sur le bouton

2 Cliquez Fichier, Nouveau . et choisissez le modèle de document FEM Modèle3D  dans la boîte de dialogue qui apparaît.

Un nouveau document CASTOR Concept /FEM Modèle3D s’ouvre.

3 Cliquez Créer, Lignes, Segments… et définissez les coordonnées des points définissant le poteau gauche ((0,0,0) et (0,8000,0)) 4 Choisissez Appliquer dans la boîte de dialogue et poursuivez avec le segment définissant la 1 ère traverse ((0,8000,0) et (10000,12000,0)) 5 Répétez cette étape de création de segment en créant la 2 ème traverse et le poteau droit.

6 On peut effectuer un redimensionnement de l'affichage en cliquant le menu Vues, Recentrer . 7 On se propose d’afficher la structure dans le lan XY, pour ce faire, cliquez  Vues, Perspectives, Planes… et choisissez l’icôn .

Avant de poursuivre, on peut sauver le document Modèle3D en l'enregistrant sous forme de fichier *. FSD  (Portique.FSD).

Désignation du filaire Les segments géométriques précédents doivent être désignés en tant que filaire. Cette étape permettra par la suite de leur attribuer des profilés, des matériaux, des maillages, etc….    Pour former un filaire à partir des segments définis : 1 Cliquez Créer, Filaires, A partir d’arêtes… et sélectionnez les 4 arêtes formant le portique central. Les arêtes peuvent être sélectionnées de deux façons : individuellement par cliquage d’un point de l’arête, ou par boîte élastique en encadrant une ou un ensemble d’arêtes. Dans ce dernier cas cliquez le bouton gauche de la souris et faite glisser la souris tout en maintenant le bouton gauche enfoncé.

2 Lorsque toutes les arêtes ont été sélectionnées, validez par OK ou Appliquer . Les arêtes sont tracées en couleur marron signalant leur appartenance à un objet filaire.

Définition des sections des poutres CASTOR Concept / FEM utilise une base de données de profilés Normalisés  (OTUA), Standards  ou Quelconques . Dans cette base, de nouveaux profilés peuvent être crées, d’autres peuvent être supprimés en utilisant le logiciel RDM-Catalogue (RDMCAT.exe dans le répertoire /CETIM/catalog).    Pour attribuer un profilé à une poutre : 1 cliquez Attributs, Profilés, Liste…. La boîte de dialogue de gestion des profilés apparaît.

La partie gauche montre la liste des profilés normalisés, standards ou quelconques existant dans la base de données des profilés. Pour qu’un profilé puisse être attribué, celui ci doit être placé dans la liste de l’étude. 2 Sélectionnez les profilés normalisés IPN380  et IPN450  et cliquez Ajouter puis OK ou Quitter . 3 A partir du menu Attributs, Profilés, Application… sélectionnez les poutres poteaux et attribuez le profilé courant (IPN380 par exemple) apparaissant dans la boîte de dialogue.

4 Répétez l’étape 3 et attribuez le profilé IPN450 aux traverses.

Définition des orientations des poutres L'orientation d'une poutre est définie par la position de son repère local dans le repère global. Chaque élément de poutre est déterminé par son point d'origine, son point d'arrivée et son point d'orientation appelé 3 ème nœud. L'axe x du repère local de la poutre est

toujours porté par la fibre neutre de celle-ci, dans le sens point de départ - point d'arrivée. Le 3 ème nœud définit avec le point de départ et le point d'arrivée, un plan H qui contient l'axe y (perpendiculaire à l'axe x) du repère local de la poutre. L'axe z du repère local est déduit de l'axe x et de l'axe y par produit vectoriel. Les axes y et z du repère local devront coïncider avec les axes principaux d'inertie du profilé .

  Pour définir un point d’orientation :

1 A partir du menu Attributs, Orientations, Application… sélectionnez le poteau gauche et définissez le point d’orientation (0,0,10000).

2 Répétez l’opération en sélectionnant successivement le poteau droit (point d’orientation à 20000,0,10000), et les deux traverses (point d’orientation à 10000,12000,10000).

Afin de faciliter la visibilité des orientations des profilés il est nécessaire d’afficher graphiquement la section, pour cela :

3 On se propose d’afficher la structure dans le lan XY, pour ce faire, cliquez  Vues,

Perspectives, Isométriques… et choisissez l’icône .

4 Cliquez le menu Outils, Représentation… et activez l’affichage des profilés par section. Un coefficient d’amplification de 5 permet de mieux visualiser les sections des poutres:

Attribution d'un matériau CASTOR Concept / FEM utilise une base de données matériaux. Dans cette base, de nouveaux matériaux peuvent être crées, d’autres peuvent être supprimés en utilisant le logiciel RDM-Catalogue (RDMCAT.exe dans le répertoire /CETIM/catalog).

La structure du portique est constituée d’un seul matériau : un acier S275.    Pour attribuer le matériau aux poutres formant le portique : 1 Cliquez Attributs, Matériaux, Liste…. La boîte de dialogue de gestion des matériaux apparaît.

La partie gauche montre la liste des matériaux définis dans la base de données des matériaux. Pour qu’un matériau puisse être attribué, celui ci doit être placé dans la liste de l’étude. 2 Sélectionnez l’ ACIER dans la liste du catalogue et cliquez Ajouter puis OK ou Quitter . 3 A partir du menu Attributs, Matériaux, Application… sélectionnez les poutres poteaux et traverses et attribuez le matériau courant apparaissant dans la boîte de dialogue.

Les arêtes filaires représentant le portique prennent la couleur attribuée au matériau ACIER.

Créer des conditions aux limites Le portique est lié au sol par des liaisons du type rotules. Toutes les translations sont bloquées (u = v = w = 0). Dans le plan yAz (plan transverse au portique), la liaison au sol est considéré comme encastrée. Ainsi, la rotation suivant l’axe x est bloquée ( θ x  = 0). Par conséquent, seules les rotations suivant y et z sont libres.

Etant donné que le portique central est étudié en 2D, dans son plan (plan des fibres neutres), les conditions aux limites seront : -   la translation suivant z est bloquée (w = 0) sur toute la structure (excepté en A et B). -   les rotations autour de x et y ( θ x = θ y = 0) sont bloquées.      Pour appliquer les conditions aux limites sur les points de fixation (points de liaison au sol): 1 Cliquez Cond. Lim., Création, Blocages sur surfaces…  pour afficher la boîte de dialogue de sélection suivante :

Le bouton de sélection (points, arêtes, ou éventuellement faces) indique le type de sélection autorisé (en l’occurrence des points dans notre cas). 2 Sélectionnez les deux points de liaison au sol A et B et cliquez Continuer . 3 Cochez les 3 translations (X, Y, Z) et la rotation en X :

  Pour appliquer les conditions aux limites empêchant tout mouvement perpendiculaire au plan du portique central : 4 Répétez les étapes 1 à 3 en choisissant cette fois ci Arêtes dans la boîte de sélection. Les conditions aux limites sont illustrées sur la figure suivante :

Créer des chargements statiques Nous allons étudier le cas de charge composé de : -   l’effort réparti sur les traverses (q). Cette charge vaut 8N/mm . -   La masse suspendue au palan P. Elle est représentée par une charge ponctuelle d’une valeur de 5000N .

  Pour créer un cas de charge statique :

1 Cliquez Charger, Statique, Création de cas de charge…  et entrez le nom du cas de charge.

  Pour créer les effort répartis :

2 Cliquez Charger, Statique, Création de chargements, Efforts répartis, Uniformes sur arêtes.

3 Sélectionnez les arêtes formant les traverses du portique central (par cliquage ou par boîte élastique).

4 Dans la boîte de dialogue de création d’efforts répartis définissez l’axe –Y comme direction du chargement, et entrez la valeur de l’effort répartis :