Les surfaces décrivent la géométrie de composants plans ou courbes, dont les dimensions de surface sont nettement supérieures aux 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 sur les surfaces. Ceux-ci sont utilisés pour le calcul dans l'axe central de la surface.
Pour la saisie d'une surface, vous pouvez utiliser des 'lignes de contour' existantes. Vous pouvez également utiliser la saisie directe, dans laquelle le programme crée automatiquement les lignes de définition.
L'onglet Base gère les paramètres de surface élémentaires. En cochant les cases de contrôle, d'autres onglets sont ajoutés, dans lesquels vous pouvez effectuer les spécifications particulières.
Type de rigidité
Le type de rigidité contrôle la manière dont les efforts internes peuvent être repris ou les propriétés qui sont supposées pour la surface.
La liste propose différents types de rigidité.
Norme
La surface transmet les moments et les efforts de membrane. Cette approche décrit le comportement général d'un modèle de surface homogène et isotrope. Les propriétés de rigidité de la surface sont indépendantes de la direction.
Sans épaisseur
La surface n'a aucune rigidité. Ce type est à utiliser pour les surfaces limites d'un volume.
Rigide
Ce type de rigidité permet 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. Cependant, seuls les efforts de membrane en traction (nx, ny) ainsi que les efforts de cisaillement de membrane (nxy) sont transmis. En cas d'efforts de compression, d'efforts tranchants et de moments, les éléments de surface concernés sont supprimés.
Membrane sans traction
Seuls les moments et les efforts de membrane en compression sont transmis. Pour les efforts de membrane qui provoquent de la traction, une défaillance des éléments de surface concernés se produit (exemple : poussée au vide).
Transfert de charge
Ce type permet d'appliquer des charges surfaciques sur des zones qui ne sont pas remplies de surfaces, comme par exemple les 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 créées, la charge est convertie dans les directions globales en se référant à la vraie longueur des barres (directions de charge XL, YL, ZL). La surface elle-même n'a pas de rigidité.
Vous pouvez définir les critères de transfert de charge dans l'onglet Transfert de charge.
La 'direction de transfert de charge' décrit dans quelle(s) direction(s) la charge doit être appliquée sur les objets. La liste offre des possibilités de sélection pour une distribution isotrope basée sur un calcul FEM ainsi que pour une disposition orthotrope sur des bandes de surface, qui sont utilisées pour déterminer la largeur d'influence de la charge dans un ou les deux axes locaux de la surface.
Avec l'option 'Isotrope | FEM', RFEM utilise un sous-modèle séparé pour déterminer 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 liées à des éléments de modèle, couplages ou nœuds etc.) sont remplacés par des lignes rigides ou des appuis nodaux rigides. Les réactions de ce sous-modèle sont alors appliquées comme charges pour le calcul 3D de RFEM. Si certains objets ne doivent pas transmettre de charges, vous pouvez les spécifier 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'. La charge est répartie par défaut avec une répartition variable sur les objets adjacents. Si vous souhaitez toutefois obtenir une répartition de charge constante, sélectionnez l'entrée correspondante dans la liste. La différence entre les deux variantes est comparée dans l'image suivante.
Les possibilités 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 dans l'article technique Paramètres de distribution avancés pour les surfaces de transfert de charge à l'aide d'un exemple.
Pour la surface de transfert de charge, vous pouvez également définir un 'poids surfacique', par exemple pour prendre en compte le poids propre d'un vitrage.
Dans la section 'Sans effet sur', vous pouvez exclure des barres, lignes et nœuds du transfert de charge (par exemple des contreventements). Définissez les objets individuellement ou sélectionnez un objet type qui est parallèle aux barres ou lignes sans charge.
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 Coefficient de distribution de charge dans l'onglet 'Base'. Vous pourrez alors définir individuellement les coefficients pour les objets porteurs de charge dans l'onglet Coefficients de répartition de charge.
Lors du transfert de charge via des bandes de surface, vous pouvez prendre en compte lexcentrement de barre' ou la 'distribution de section' pour saisir correctement la position géométrique d'une barre ou son tracé (voir chapitre Section). La case 'Négliger l'équilibre des moments' n'est pas activée par défaut. Ainsi, le moment issu des charges surfaciques est formé par rapport au centre de gravité et équilibré avec le moment issu des charges de barre par rapport au centre de gravité. Pour les charges nodales, cette option est cependant sans 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 des moments.
Surface de résultat
Ce type de rigidité permet de transformer les contraintes et les forces d'autres objets en efforts internes de surface via une méthode d'intégration. Vous pouvez ainsi, par exemple, déterminer les contraintes de membrane ou de flexion d'un volume et les prendre en compte avec des coefficients partiels de sécurité spécifiques dans un calcul de surface.
Vous pouvez définir d'autres critères pour l'intégration des résultats dans l'onglet Surface de résultat.
Sélectionnez dans la section 'Intégrer les contraintes et les forces' si les résultats doivent être saisis uniquement par rapport à l'objet ou également géométriquement à l'intérieur d'une zone. Définissez les surfaces et volumes pertinents dans la section 'Inclure les objets'. Sinon, sélectionnez 'Tous' les objets et excluez ensuite certains éléments dans la section 'Exclus des objets inclus'.
Si les résultats d'une certaine zone "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. La liste propose différents types.
Plan
Pour une surface plane, toutes les lignes de contour se trouvent dans un seul plan. Différentes formes de surfaces planes sont accessibles via le bouton de liste.
Vous pouvez définir la surface graphiquement (après OK dans la boîte de dialogue) en traçant un rectangle, un cercle, etc. Si vous 'sélectionnez son contour', RFEM reconnaît automatiquement la surface dès qu'un nombre suffisant de lignes de contour est défini.
Quadrangle
Ce type de surface décrit dans sa forme de base une surface quadrilatérale générale. Des lignes droites, des arcs, des polylignes et des splines sont possibles comme lignes de contour. Des surfaces courbes peuvent ainsi être modélisées.
Définissez les lignes de contour de la surface quadrangulaire dans la boîte de dialogue 'Nouvelle surface'. Si la surface fermée ne peut pas être formée par quatre lignes, plus de quatre lignes sont également autorisées. Les quatre nœuds d'angle sont alors indiqués dans l'onglet 'Quadrangle'. Ils contrôlent la manière dont la surface courbe est générée.
NURBS
Les surfaces NURBS sont formées à partir de quatre lignes NURBS fermées (voir chapitre Lignes). Cela permet de modéliser presque toutes les surfaces de forme libre.
Définissez les lignes de contour de la surface NURBS dans la boîte de dialogue 'Nouvelle surface'. Les paires de lignes NURBS opposées 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'.
Ajustée
Lorsque des surfaces se pénètrent, vous pouvez rapidement créer la pénétration : sélectionnez les surfaces et appelez le menu contextuel. Plusieurs possibilités sont disponibles.
Avec l'option 'Créer une pénétration', seule la ligne d'intersection est générée. Si vous sélectionnez l'une des options 'Diviser par pénétration', RFEM crée des surfaces partielles et leur attribue le type 'Ajustée'. Vous pouvez alors supprimer des composants si vous souhaitez par exemple enlever des surfaces en saillie.
Rotation
Une surface de rotation est créée lorsqu'une ligne existante tourne autour d'un axe. RFEM génère 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 alors générées.
Définissez la ligne de contour de la surface qui doit subir une rotation dans l'onglet 'Rotation'. Indiquez l'angle de rotation α. Vous pouvez déterminer graphiquement les points de l'axe de rotation via les coordonnées ou avec le bouton
.
Tuyau
Une surface de tuyau est créée lorsque la ligne centrale du tuyau tourne dans un rayon autour de cet axe. De nouvelles lignes sont alors générées : deux cercles et une polyligne parallèle à l'axe du tuyau.
Définissez le rayon du tuyau dans l'onglet '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 du tuyau est conique, activez la case 'Rayon différent à l'extrémité' et indiquez la valeur correspondante.
Spline avec courbure minimale
Avec ce type de géométrie, vous pouvez créer une surface courbe via des nœuds de contrôle qui se trouvent sur la surface ou même à l'extérieur. Des surfaces de terrain peuvent ainsi être modélisées, par exemple.
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 via le bouton
.
Épaisseur avec matériau
Sélectionnez le type approprié dans la liste des épaisseurs existantes ou définissez une nouvelle épaisseur (voir chapitre Épaisseurs).
Matériau de l'épaisseur
Le matériau de l'épaisseur définie dans la section ci-dessus est prédéfini. Si nécessaire, vous pouvez sélectionner un autre matériau dans la liste des matériaux déjà créés ou en définir un nouveau (voir chapitre Matériaux). Ce matériau est alors assigné au type d'épaisseur.
Articulations
Une articulation permet de contrôler la transmission des efforts internes le long d'une ligne de la surface (voir chapitre Articulations linéiques). Après avoir coché la case, vous pouvez définir le type d'articulation dans l'onglet 'Articulations'.
Appui
Si la surface repose sur un appui élastique, vous pouvez sélectionner ou redéfinir l'appui surfacique dans l'onglet 'Appui' (voir chapitre Appuis surfaciques).
Libération
Pour découpler le modèle de la surface, vous pouvez sélectionner ou redéfinir une libération surfacique dans l'onglet 'Libération' (voir chapitre Libérations surfaciques).
Excentrement
Un excentrement permet de modéliser un décalage en hauteur de toute la surface (voir chapitre Excentrements de surface). Vous pouvez définir le type de décalage dans l'onglet 'Excentrement'.
Coefficient de répartition de charge
Pour une surface de type Transfert de charge, il est possible de définir des coefficients de répartition pour les objets porteurs de charge. Si vous cochez la case, vous pourrez attribuer ces coefficients individuellement dans un nouvel onglet.
Les objets chargés de la surface de transfert de charge sont prédéfinis dans une ligne. Un coefficient de 1,00 est attribué à chaque objet, de sorte que tous les objets contribuent de manière uniforme au transfert de charge. Si vous souhaitez une répartition spécifique, cliquez dans la prochaine ligne libre et sélectionnez la ligne ou la barre. Attribuez ensuite le 'coefficient de répartition' approprié.
Raffinement du maillage
La taille de maille du maillage EF peut être adaptée à la géométrie de la surface (voir chapitre Raffinements de maillage surfacique). Elle est ainsi indépendante des paramètres généraux du maillage. Vous pouvez sélectionner ou redéfinir le raffinement du maillage surfacique dans l'onglet 'Raffinement de maillage'.
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 également être défini de manière personnalisée – séparément pour la saisie et les résultats.
Axes de saisie
L'orientation des axes de saisie est par exemple importante pour les propriétés d'orthotropie et d'appui élastique ou l'effet d'une charge surfacique.
La liste dans la section 'Catégorie' offre différentes possibilités pour adapter la position des axes :
- Rotation angulaire : rotation des axes xy de la surface autour de l'axe z avec l'angle α
- Axe parallèle à une ligne : 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 par rapport à un système de coordonnées personnalisé
Vous pouvez déterminer graphiquement les objets de référence via le bouton
.
La case 'Inverser l'axe z local' permet d'orienter les axes z et y de manière opposée.
Axes de résultats
Actuellement, l'orientation des axes de résultats est uniquement possible 'Identique aux axes de saisie'.
Grille pour les résultats
Chaque surface est recouverte d'une grille qui est utilisée pour l'affichage des résultats dans les tableaux. Elle permet un affichage indépendant du maillage EF en des points de résultat réguliers et adaptables.
Par défaut, une grille surfacique cartésienne avec un écartement uniforme des points de grille de 0,5 m dans les deux directions est prédéfinie. Si nécessaire, vous pouvez ici adapter les 'écartements de grille' en direction x (b) et en direction y (h), effectuer une 'rotation de grille' ou modifier lorigine de la grille'. Pour les surfaces circulaires, le type de grille 'Polaire' offre une alternative pour l'affichage numérique des résultats.
Si la case 'Ajuster automatiquement' est cochée dans la section 'Options', les points de la 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 détecte en règle générale automatiquement tous les objets qui se trouvent dans la surface mais n'ont pas été utilisés pour la définition de la surface.
Les numéros des nœuds, lignes et ouvertures appartenant à la surface sont indiqués dans la section 'Objets intégrés dans la surface'.
Si un objet n'est pas reconnu, il convient de l'intégrer manuellement : désactivez la Détection automatique des objets. Les champs de saisie dans la section 'Objets intégrés dans la surface' sont alors accessibles. Ajoutez le numéro d'objet manquant ou utilisez le bouton
pour déterminer graphiquement l'objet.
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 par sa rigidité dans le modèle. La répartition de la charge sur les objets voisins est en revanche contrôlée par les paramètres que vous pouvez définir dans l'onglet Transfert de charge. Cette fonction est principalement pertinente 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 étudier une variante de modélisation. La rigidité, les conditions aux limites et les charges de la surface ne sont alors pas appliquées.
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 telles que l'aire, le volume et la masse, ainsi que la position du centre de gravité et l'orientation de la surface. Les ouvertures sont prises en compte en conséquence.
