Les surfaces décrivent la géométrie d'éléments structurels plans ou courbes dont les dimensions superficielles sont nettement plus grandes que les épaisseurs. La rigidité d'une surface résulte de son matériau et de son épaisseur. Lors de la génération du maillage EF, des éléments 2D sont créés aux surfaces. Ceux-ci sont pris en compte pour le calcul dans l'axe neutre de la surface.
Pour saisir une surface, vous pouvez utiliser des lignes de contour existantes. Si vous décrivez la surface graphiquement à l'aide des possibilités du menu contextuel du Navigator ou des boutons de la barre d'outils (voir l'image Boutons pour surfaces planes), les lignes de définition sont créées automatiquement après la définition des paramètres de surface et la confirmation par OK dans la boite de dialogue.
L'onglet Général gère les paramètres élémentaires de la surface. En cochant des cases, d'autres onglets sont ajoutés dans lesquels vous pouvez saisir les informations spécifiques.
Type de rigidité
Le type de rigidité détermine la manière dont les efforts internes peuvent être repris ou quelles propriétés sont supposées pour la surface. Différents types sont disponibles dans la liste.
Standard
La surface transmet les moments et les efforts de membrane. Cette approche décrit le comportement général d'un modèle surfacique homogène et isotrope. Les propriétés de rigidité de la surface sont indépendantes de la direction.
Sans épaisseur
La surface ne possède aucune rigidité. Ce type doit être utilisé pour les surfaces de contour d'un solide.
Rigide
Avec ce type de rigidité, il est possible de représenter des surfaces très rigides afin de modéliser une liaison rigide entre des objets.
Membrane
La surface présente une rigidité uniforme dans toutes les directions. Toutefois, seuls les efforts de membrane en traction (nx, ny) ainsi que les efforts de cisaillement de membrane (nxy) sont transmis. En cas de compression, d'efforts tranchants et de moments, les éléments de surface concernés sont exclus.
Sans traction de membrane
Seuls les moments et les efforts de membrane en compression sont transmis. Pour les efforts de membrane entraînant une traction, les éléments de surface concernés sont exclus (exemple : pression diamétrale).
Transfert de charge
Avec ce type, il est possible d'appliquer des charges surfaciques sur des zones qui ne sont pas remplies de surfaces, comme par exemple des charges de vent sur des fenêtres ou les barres d'un hall. La charge de cette surface est répartie sur les bords ou les objets intégrés. Si des charges de barre sont générées, la charge est convertie par rapport aux directions globales sur les longueurs réelles des barres (directions de charge XL, YL, ZL). La surface elle-même ne possède aucune rigidité.
Vous pouvez définir les critères du transfert de charge dans l'onglet Transfert de charge.
La 'direction de transfert de charge' décrit la ou les directions dans lesquelles la charge doit être appliquée aux objets. La liste propose des options pour une distribution isotrope basée sur une analyse aux éléments finis ainsi que pour une disposition orthotrope sur des bandes de surface, qui sont prises en compte dans une ou les deux axes de surface locaux pour la détermination de la largeur d'influence de la charge.
Avec l'option 'Isotrope | FEM', RFEM utilise un sous-modèle séparé pour la détermination de la distribution de charge, dans lequel la surface est représentée par un élément de surface rigide. Tous les objets intégrés dans la surface (barres, appuis linéiques et nodaux, lignes associées à des entités de modèle, couplages ou nœuds etc.) sont remplacés par des lignes rigides ou des appuis nodaux rigides. Les réactions de ce sous-modèle sont ensuite appliquées comme charges pour le calcul 3D de RFEM. Si certains objets ne doivent pas transmettre de charges, vous pouvez les indiquer dans la section 'Sans effet sur'.
Pour le transfert de charge via des bandes de surface, vous pouvez définir comment RFEM doit effectuer la 'distribution de charge'. Par défaut, la charge est répartie sur les objets adjacents avec un trajet variable. Si vous souhaitez obtenir un trajet de charge constant, sélectionnez l'entrée correspondante dans la liste. La différence entre les deux variantes est présentée dans l'image suivante.
Les options de saisie pour la 'largeur de bande de surface', le 'facteur de lissage' et le 'nombre minimal de bandes sur la surface' sont accessibles lorsque la case Paramètres de distribution avancés est activée dans la section 'Options'. Des ajustements ne sont nécessaires qu'en cas de distributions de charge problématiques. L'effet de ces paramètres est expliqué à l'aide d'un exemple dans l'article technique Paramètres de distribution avancés pour les surfaces de transfert de charge.
Pour la surface de transfert de charge, vous pouvez également définir un 'poids de surface', par exemple pour prendre en compte le poids propre d'un vitrage.
Dans la section 'Sans effet sur', vous pouvez exclure des barres, des lignes et des nœuds du transfert de charge (par exemple des contreventements). Définissez les objets individuellement ou sélectionnez un objet modèle situé parallèlement aux barres ou lignes non chargées.
Lorsque les lignes de contour de la surface sont définies, les barres, lignes et nœuds chargés sont indiqués dans la section 'Objets chargés'. Si vous souhaitez une distribution de charge spécifique, cochez la case Facteur de distribution de charge dans l'onglet 'Général'. Vous pouvez alors définir individuellement les coefficients pour les objets reprenant la charge dans l'onglet Facteurs de distribution de charge.
Pour le transfert de charge via des bandes de surface, vous pouvez prendre en compte lexcentrement de barre' ou la 'distribution de section' afin de saisir correctement la position géométrique d'une barre ou son trajet (voir le chapitre Section). La case 'Négliger l'équilibre rotationnel' n'est pas activée par défaut. Le moment des charges surfaciques est ainsi formé au centre de gravité et comparé au moment des charges de barre au centre de gravité. Pour les charges nodales, cette option n'a toutefois aucune importance. L'image suivante montre comment une charge linéique libre est répartie sur les barres opposées avec et sans prise en compte de l'équilibre rotationnel.
Contreventement
Avec ce type de rigidité, il est possible de prendre en compte de manière simple et réaliste dans la modélisation les effets stabilisants des tôles trapézoïdales, des pannes et des contreventements.
Une surface de contreventement n'est pas prise en compte comme objet rigidifiant. Elle représente plutôt la base géométrique permettant de définir les barres et objets situés dans la surface de contreventement et de déterminer leur effet de contreventement. Par conséquent, pour une surface de contreventement, la case Désactiver pour le calcul est automatiquement cochée et ne peut pas être désactivée.
Vous pouvez définir les critères de la surface de contreventement dans les onglets Contreventement, Paramètres et Tolérances.
Contreventement
Deux types de contreventement fondamentalement différents sont disponibles.
- Surface
L'effet de contreventement d'une tôle trapézoïdale est représenté par une surface orthotrope qui est raccordée aux barres connectées par des couplages rigides. La rigidité des organes d'assemblage est prise en compte par des articulations linéiques dans les couplages rigides.
Avec la 'direction de la travée', vous définissez l'orientation de la tôle trapézoïdale. Elle influence l'orientation de la surface orthotrope et est prise en compte lors de la définition des propriétés d'orthotropie. Les axes x et y se réfèrent au système d'axes xyz local de la surface.
Dans la section 'Barres connectées à la surface', les barres qui sont prises en compte comme poutres transversales et poutres longitudinales de la tôle trapézoïdale sont saisies automatiquement. Il s'agit de toutes les barres situées dans les Tolérances définies dans le plan de la surface de contreventement et perpendiculairement ou parallèlement à la direction de la travée de la tôle trapézoïdale.
La section 'Sans effet sur' permet d'exclure certaines barres de l'attribution automatique comme barres connectées.
- Appui de barre
L'effet de contreventement des tôles trapézoïdales, des pannes ou des contreventements est pris en compte par des appuis de barre aux barres de la surface : pour ces barres connectées, des panneaux de cisaillement de barre et des maintiens en rotation correspondants sont créés.
Avec la 'direction de contreventement', vous définissez l'orientation de la tôle trapézoïdale ou des pannes. Les axes x et y se réfèrent au système d'axes xyz local de la surface.
Dans la section 'Barres soutenues', les barres qui délimitent la travée de rive de la surface de contreventement ou qui sont les plus proches d'un contour de la surface de contreventement ou qui se trouvent dans une travée intérieure de la surface sont saisies automatiquement. Les Tolérances dans le plan de la surface de contreventement et pour l'orientation perpendiculaire à la direction de contreventement s'appliquent.
La section 'Sans effet sur' permet d'exclure certaines barres de l'attribution automatique comme barres connectées.
Paramètres
L'onglet 'Paramètres' est adapté au type de contreventement : pour une surface, vous définissez les propriétés de la tôle trapézoïdale et des organes d'assemblage ; pour un appui de barre, vous définissez les éléments structurels stabilisants.
- Surface
Dans la catégorie 'Panneau', définissez la tôle trapézoïdale. Dans la liste, vous pouvez sélectionner une section déjà définie ou créer une tôle trapézoïdale avec l'option 'Nouvelle section'. Utilisez pour cela la bibliothèque accessible via le bouton
. Les propriétés nécessaires pour la surface orthotrope sont automatiquement déduites des paramètres de la section. Elles sont utilisées pour une épaisseur avec le type d'épaisseur Orthotropie de forme et le type d'orthotropie 'Tôle trapézoïdale'.
Dans la catégorie 'Joints longitudinaux', vous définissez si les tôles trapézoïdales sont disposées régulièrement ou irrégulièrement. Pour chaque zone entre deux joints longitudinaux adjacents, une surface orthotrope séparée est créée. Ces surfaces sont couplées aux joints longitudinaux par des articulations linéiques. La rigidité de la liaison du joint longitudinal est prise en compte via les rigidités de ressort définies dans les articulations linéiques, qui résultent de la flexibilité des organes d'assemblage sélectionnés dans la catégorie 'Fixation du joint longitudinal'. Les positions des joints longitudinaux sont déduites automatiquement de la disposition des tôles trapézoïdales.
Lexcentrement' décrit la position de la tôle trapézoïdale par rapport aux poutres transversales connectées. Avec l'option 'Au-dessus', par exemple, la tôle trapézoïdale est disposée de sorte que sa face inférieure repose sur la face supérieure des poutres transversales.
Dans la catégorie 'Panneau - Fixation aux poutres transversales', vous définissez les paramètres du raccordement de la surface orthotrope aux poutres transversales. Celui-ci s'effectue par des couplages rigides. L'articulation linéique des couplages rigides représente la rigidité de la liaison, y compris l'influence de la déformation de la section. Pour la fixation de la tôle trapézoïdale aux poutres transversales, des organes d'assemblage sélectionnés sont disponibles.
Pour une tôle trapézoïdale en position négative, vous pouvez définir si la tôle est fixée à la semelle inférieure ou à la semelle supérieure. Pour les tôles trapézoïdales en position positive, la fixation s'effectue toujours sur la semelle inférieure.
Le raccordement de la surface orthotrope aux poutres longitudinales s'effectue également par des couplages rigides avec des articulations linéiques qui résultent des rigidités des moyens de fixation. Dans la catégorie 'Panneau - Fixation aux poutres longitudinales', quelques organes d'assemblage sont disponibles.
Dans la catégorie 'Fixation du joint longitudinal', vous indiquez les organes d'assemblage pour les joints longitudinaux. Ici aussi, certains types sont disponibles dans la liste.
- Appui de barre
Sélectionnez les éléments structurels qui contribuent calculatoirement à la stabilisation. Outre les composants 'Tôle', 'Pannes' et 'Contreventements', l'option 'Rigidité manuelle' est également disponible. Les tôles et les pannes s'excluent mutuellement. Les contreventements, en revanche, peuvent être combinés aussi bien avec la tôle qu'avec les pannes.
Tolérances
Dans l'onglet 'Tolérances', vous définissez les écarts admissibles selon lesquels les barres sont automatiquement attribuées aux poutres longitudinales et transversales (type de contreventement Surface) respectivement à la travée de rive et à la travée intérieure (type de contreventement Appui de barre).
Les 'tolérances pour les barres dans le plan' déterminent dans quel écart les barres sont considérées comme situées dans la surface de contreventement. Vous pouvez définir cette valeur de manière absolue comme distance ou de manière relative par un angle.
Surface de résultat
Ce type de rigidité permet de convertir des contraintes et des forces d'autres objets en efforts internes de surface par un procédé d'intégration. Cela permet par exemple de déterminer sur un solide les contraintes de membrane et de flexion qui doivent être vérifiées avec différents coefficients partiels de sécurité.
Vous pouvez définir d'autres critères d'intégration des résultats dans l'onglet Surface de résultat.
Dans la section 'Intégrer les contraintes et les forces', choisissez si les résultats doivent être enregistrés uniquement par objet ou également géométriquement à l'intérieur d'une zone. Dans la section 'Inclure les objets', définissez les surfaces et solides pertinents. Sinon, sélectionnez 'Tous' les objets et excluez ensuite dans la section 'Exclu des objets inclusifs' certains éléments.
Si les résultats d'une zone déterminée "en dessous" et "au-dessus" de la surface doivent être intégrés, vous pouvez définir les distances pertinentes dans la section 'Paramètres'. Elles se réfèrent à l'axe z local perpendiculaire au plan de la surface.
Type de géométrie
Le type de géométrie décrit le concept formel d'une surface. Différents types sont disponibles dans la liste.
Plan
Pour une surface plane, toutes les lignes de contour se trouvent dans un plan. Différentes formes de surfaces planes sont accessibles via le bouton de liste.
Vous pouvez définir la surface (après OK dans la boite de dialogue) graphiquement en traçant un rectangle, un cercle, etc. Si vous choisissez de 'sélectionner le contour', RFEM reconnaît la surface automatiquement dès qu'un nombre suffisant de lignes de contour est déterminé.
Quadrangle
Ce type de surface décrit dans sa forme de base une surface générale à quatre côtés. Comme lignes de contour, des lignes droites, des arcs, des polylignes et des splines sont possibles. Cela permet de modéliser des surfaces courbes.
Définissez dans la boite de dialogue 'Nouvelle surface' les lignes de contour de la surface quadrangulaire. Si la surface fermée ne peut pas être formée par quatre lignes, plus de quatre lignes sont également autorisées. Dans l'onglet 'Quadrangle', les quatre nœuds de coin sont alors indiqués. Ils déterminent la manière dont la surface courbe est générée.
NURBS
Les surfaces NURBS sont formées à partir de quatre lignes NURBS fermées (voir le chapitre Lignes). Cela permet de modéliser presque toutes les surfaces de forme libre.
Définissez dans la boite de dialogue 'Nouvelle surface' les lignes de contour de la surface NURBS. Les paires opposées des lignes NURBS doivent avoir le même nombre de points de contrôle pour que l'ordre de ces lignes NURBS soit « compatible ». Dans l'onglet 'NURBS', vous pouvez ensuite influencer la forme de la surface via les 'poids des points de contrôle'. Les coordonnées du point de contrôle sélectionné sont indiquées dans la section 'Coordonnées - Point de contrôle'.
Rogné
Lorsque des surfaces se traversent, vous pouvez créer rapidement l'intersection : sélectionnez les surfaces et appelez ensuite le menu contextuel. Différentes possibilités sont disponibles.
Avec l'option 'Créer l'intersection', seule la ligne d'intersection est générée. Si vous sélectionnez l'une des options 'Diviser par intersection', RFEM crée des sous-surfaces et leur attribue le type 'Rogné'. Vous pouvez ensuite supprimer des composants, par exemple si vous souhaitez retirer des surfaces dépassantes.
Rotation
Une surface rotative est créée lorsqu'une ligne existante est tournée autour d'un axe. RFEM crée la surface à partir des nœuds de début et de fin ainsi que des points de définition tournés de la ligne. De nouvelles lignes sont générées à cet effet.
Dans l'onglet 'Rotation', définissez la ligne de contour de la surface qui doit être tournée. Indiquez l'angle de rotation α. Vous pouvez déterminer les points de l'axe de rotation via les coordonnées ou graphiquement avec le bouton
.
Tuyau
Une surface de tuyau est créée lorsque la ligne centrale du tuyau est tournée à un rayon autour de cet axe. De nouvelles lignes sont générées : deux cercles et une polyligne parallèle à l'axe du tuyau.
Dans l'onglet 'Tuyau', définissez le rayon du tuyau. Cette valeur décrit la distance entre l'axe du tuyau et le centre de la surface. Indiquez le numéro de la ligne centrale ou sélectionnez l'axe du tuyau graphiquement avec le bouton
.
Si la section de tuyau est conique, activez la case 'Rayon différent à l'extrémité' et indiquez la valeur correspondante.
Spline à courbure minimale
Avec ce type de géométrie, vous pouvez créer une surface courbe via des nœuds de contrôle situés sur la surface ou également à l'extérieur. Cela permet par exemple de modéliser des surfaces de terrain.
Définissez le 'système de coordonnées' du plan de référence et indiquez les 'coordonnées d'échantillon dans le système de coordonnées'. Ces points représentent les nœuds de contrôle de la surface spline. Définissez ensuite les 'lignes de contour du plan de référence' ou sélectionnez les lignes graphiquement avec le bouton
.
Épaisseur avec matériau
Dans la liste des épaisseurs existantes, sélectionnez le type approprié ou définissez une nouvelle épaisseur (voir le chapitre Épaisseurs).
Matériau de l'épaisseur
Le matériau de l'épaisseur définie dans la section ci-dessus est présélectionné. Si nécessaire, vous pouvez sélectionner dans la liste des matériaux déjà créés un autre matériau ou en définir un nouveau (voir le chapitre Matériaux). Ce matériau est alors attribué au type d'épaisseur.
Articulations
Avec une articulation, la transmission des efforts internes le long d'une ligne de la surface peut être contrôlée (voir le chapitre Articulations linéiques. Après avoir coché la case, vous pouvez définir le type d'articulation dans l'onglet 'Articulations'.
Appuis
Si la surface est posée sur un support élastique, vous pouvez sélectionner ou définir l'appui surfacique dans l'onglet 'Appuis' (voir le chapitre Appuis surfaciques).
Libération
Pour découpler le modèle au niveau de la surface, vous pouvez sélectionner ou définir une libération surfacique dans l'onglet 'Libération' (voir le chapitre Libérations surfaciques).
Excentrement
Avec un excentrement, un décalage en hauteur de toute la surface peut être modélisé (voir le chapitre Excentrements de surface). Vous pouvez définir le type de décalage dans l'onglet 'Excentrement'.
Facteur de distribution de charge
Pour une surface du type Transfert de charge, il est possible de définir des facteurs de distribution pour les objets reprenant la charge. Si vous cochez la case, vous pouvez attribuer ces facteurs individuellement dans un nouvel onglet.
Les objets chargés de la surface de transfert de charge sont présélectionnés dans une ligne. À chaque objet est attribué le facteur 1.00, de sorte que tous les objets contribuent de manière uniforme au transfert de charge. Si vous souhaitez une distribution spécifique, cliquez sur la prochaine ligne libre et sélectionnez la ligne ou la barre. Attribuez ensuite le 'facteur de distribution' approprié.
Raffinement du maillage
La dimension de maille du maillage EF peut être adaptée à la géométrie de la surface (voir le chapitre Raffinements de maillage de surface). Elle est ainsi indépendante des paramètres généraux du maillage. Dans l'onglet 'Raffinement du maillage', vous pouvez sélectionner ou définir le raffinement de maillage de surface.
Axes spécifiques
Chaque surface possède un système de coordonnées local. En règle générale, il est orienté parallèlement aux axes globaux. Le système de coordonnées peut toutefois également être défini par l'utilisateur, séparément pour la saisie et la sortie.
Axes d'entrée
L'orientation des axes d'entrée est par exemple importante pour les propriétés d'orthotropie et d'appui élastique ou pour l'effet d'une charge surfacique.
La liste dans la section 'Catégorie' offre différentes possibilités d'adapter la position des axes :
- Rotation angulaire : rotation des axes de surface xy autour de l'axe z avec l'angle α
- Axe parallèle à des lignes : orientation de l'axe x ou y sur une ligne
- Axe dirigé vers un point : orientation de l'axe x ou y vers le point d'intersection d'une ligne avec la surface
- Axe parallèle au système de coordonnées : orientation des axes selon un système de coordonnées défini par l'utilisateur
Vous pouvez déterminer les objets de référence graphiquement avec le bouton
.
La case 'Inverser l'axe local z' permet d'orienter les axes z et y dans le sens opposé.
Axes de résultat
Actuellement, l'orientation des axes de résultat n'est possible que 'Identique aux axes d'entrée'.
Grille pour les résultats
Chaque surface est recouverte d'une grille utilisée pour la sortie des résultats dans les tableaux. Elle permet une sortie indépendante du maillage EF en points de résultat réguliers et ajustables.
Par défaut, une grille de surface cartésienne avec un espacement uniforme des points de grille de 0,5 m dans les deux directions est présélectionnée. Si nécessaire, vous pouvez ici adapter les 'espacements de grille' en direction x (b) et en direction y (h), effectuer une 'rotation de grille' ou modifier lorigine de grille'. Pour les surfaces circulaires, le type de grille 'Polaire' constitue une alternative pour la sortie numérique des résultats.
Si la case 'Ajuster automatiquement' est cochée dans la section 'Options', les points de grille sont adaptés à la nouvelle géométrie lors de la modification de la surface.
Dans la section 'Points', vous pouvez vérifier les coordonnées des points de grille générés. Des modifications dans le tableau ne sont pas possibles.
Objets intégrés
RFEM reconnaît en général automatiquement tous les objets qui se trouvent dans la surface mais qui n'ont pas été utilisés pour la définition de la surface.
Les numéros des nœuds, lignes et ouvertures attribués à la surface sont indiqués dans la section 'Objets intégrés dans la surface'.
Si un objet n'est pas reconnu, vous devriez l'intégrer manuellement : désactivez la détection des objets automatique. Les champs de saisie dans la section 'Objets intégrés dans la surface' sont désormais accessibles. Complétez le numéro d'objet manquant ou utilisez le bouton
pour déterminer l'objet graphiquement.
Activer le transfert de charge
La case permet de répartir la charge de la surface – indépendamment de son type de rigidité – à l'aide d'une surface de transfert de charge. La surface agit ainsi dans le modèle par sa rigidité. La distribution de la charge sur les objets adjacents est en revanche contrôlée par les paramètres que vous pouvez définir dans l'onglet Transfert de charge. Cette fonction est pertinente principalement pour les surfaces du type d'épaisseur Ossature bois.
Désactiver pour le calcul
La case offre la possibilité de ne pas prendre en compte la surface lors du calcul, par exemple pour simuler des phases de construction ou examiner une variante de modélisation. La rigidité, les conditions aux limites et les charges de la surface ne sont alors pas prises en compte.
Informations | Analytique
Cette section s'affiche dès que vous avez défini les lignes de contour de la surface. Elle offre un aperçu des propriétés importantes de la surface comme l'aire, le volume et la masse ainsi que la position du centre de gravité de la surface et l'orientation de la surface. Les ouvertures sont prises en compte en conséquence.
Vous pouvez également vérifier les propriétés importantes d'une surface dans le panneau Propriétés de l'objet (voir l'image Propriétés de l'objet d'une barre) :
- Sélectionnez la surface.
- Activez le panneau 'Propriétés de l'objet' via le bouton
dans la barre d’outils.
