Surfaces

Avec les surfaces, la géométrie des éléments structurels plans ou courbes est décrite, 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 appliqués pour le calcul dans l'axe du centre de gravité de la surface.

Boite de dialogue « Nouvelle surface »

Pour la saisie d'une surface, vous pouvez utiliser les 'lignes de contour' existantes. Vous pouvez également utiliser la saisie directe, dans laquelle le programme génère 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.

Type de rigidité

Le type de rigidité contrôle la manière dont les efforts internes peuvent être repris ou les propriétés supposées pour la surface.

La liste propose différents types de rigidité.

Sélectionner le type de rigidité

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 n'a aucune rigidité. Ce type est à utiliser pour les surfaces de contour d'un solide.

Rigide

Ce type de rigidité permet de représenter des surfaces très rigides afin de modéliser une connexion rigide entre les objets.

Membrane

La surface présente une rigidité uniforme dans toutes les directions. Cependant, seuls les efforts de membrane en traction (n_x, n_y) ainsi que les efforts de cisaillement de membrane (n_xy) sont transmis. En cas d'efforts de compression, d'efforts tranchants et de moments, les éléments de surface concernés sont désactivés.

Membrane sans traction

Seuls les moments et les efforts de membrane en compression sont transmis. En cas d'efforts de membrane provoquant une traction, les éléments de surface concernés sont désactivés (exemple : pression diamétrale).

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 les fenêtres ou les barres d'une halle. 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 dans les directions globales en se référant aux longueurs réelles des barres (directions de charge X_L, Y_L, Z_L). La surface elle-même n'a aucune rigidité.

Vous pouvez définir les critères de transfert de charge dans l'onglet Transfert de charge.

Définir les paramètres de la surface de transfert de charges

La 'direction de transfert de charge' décrit dans quelle(s) direction(s) la charge doit être appliquée aux objets. La liste offre des possibilités de sélection pour une distribution isotrope basée sur un calcul EF ainsi que pour une disposition orthotrope sur des bandes de surface, qui sont appliquées pour la détermination de la largeur d'influence de charge dans un ou les deux axes locaux de surface.

Sélection de la direction du transfert de charge

Avec l'option 'Isotrope | EF', RFEM utilise pour la détermination de la distribution de charge un sous-modèle séparé, 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 connectées aux 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 ensuite 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'.

Lors du transfert de charge via des bandes de surface, vous pouvez définir comment RFEM doit effectuer la 'distribution de charge'. La charge est par défaut répartie sur les objets adjacents avec une répartition variable. Si vous souhaitez obtenir une répartition de charge constante, sélectionnez l'entrée correspondante dans la liste. La différence entre les deux variantes est présentée dans l'image suivante.

Distribution de charge constante (gauche) et distribution de charge variable (droite)

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 répartition 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 répartition 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 de base', 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 type 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 Facteur de distribution de charge dans l'onglet 'Base'. Vous pouvez ensuite définir individuellement les coefficients pour les objets transmettant les charges dans l'onglet Facteurs de distribution de charge.

Lors du transfert de charge via des bandes de surface, vous pouvez prendre en compte l'« excentrement 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 ajusté avec le moment issu des charges de barre par rapport au centre de gravité. Pour les charges nodales, cette option est toutefois 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.

Distribution de charge avec le moment d’équilibre non-négligé (gauche) et négligé (droite)

Surface de résultat

Ce type de rigidité permet de convertir des contraintes et des forces d'autres objets en efforts internes de surface via une méthode d'intégration. Cela permet, par exemple pour un solide, de déterminer les contraintes de membrane et en flexion qui doivent être dimensionnées avec différents coefficients partiels de sécurité.

D'autres critères pour l'intégration des résultats peuvent être définis dans l'onglet Surface de résultat.

Critères de la surface de résultat définir

Dans la section 'Intégrer les contraintes et forces', choisissez si les résultats doivent être enregistrés uniquement par objet ou également géométriquement dans une zone. Dans la section 'Inclure les objets', définissez les surfaces et solides pertinents. Alternativement, sélectionnez 'Tous' les objets, puis excluez 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.

Définir le type de géométrie

Plan

Pour une surface plane, toutes les lignes de contour se trouvent dans un même plan. Différentes formes de surfaces planes sont accessibles via le bouton de liste.

Boutons pour les surfaces planes

Vous pouvez définir la surface (après OK dans la boîte de dialogue) graphiquement en dessinant 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 établi.

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.

Dans la boîte de dialogue 'Nouvelle surface', définissez 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 d'angle sont alors indiqués. Ils contrôlent la manière dont la surface courbe est générée.

Définition d’une surface quadrangle

NURBS

Les surfaces NURBS sont formées de quatre lignes NURBS fermées (voir chapitre Lignes). Cela permet de modéliser presque toutes les surfaces de forme libre.

Dans la boîte de dialogue 'Nouvelle surface', définissez les lignes de contour de la surface NURBS. Les paires opposées de lignes NURBS doivent avoir le même nombre de points de contrôle afin 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'.

Définition d’une surface NURBS

Ajustée

Lorsque des surfaces se pénètrent, vous pouvez générer rapidement l'intersection : sélectionnez les surfaces puis appelez le menu contextuel. Différentes possibilités sont disponibles.

Options d’intersection dans le menu contextuel de la surface

Avec l'option 'Créer une intersection', seule la ligne d'intersection est générée. Si vous sélectionnez l'une des options 'Diviser par intersection', RFEM crée des surfaces partielles et leur attribue le type 'Ajustée'. Vous pouvez ensuite supprimer des composants si, par exemple, vous souhaitez supprimer des surfaces en saillie.

Surfaces de type « Coupé » divisées par intersection

Rotation

Une surface de rotation 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 pivotés de la ligne. De nouvelles lignes sont alors générées.

Dans l'onglet 'Rotation', définissez la ligne de contour de la surface qui doit être pivotée. Indiquez l'angle de rotation α. Les points de l'axe de rotation peuvent être déterminés via les coordonnées ou avec le bouton graphiquement.

Définition d’une surface de révolution

Tuyau

Une surface de tuyau est créée lorsque la ligne centrale du tuyau est tournée autour de cet axe dans un rayon. De nouvelles lignes sont alors 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 avec le bouton graphiquement.

Définition d’une surface de type tuyau

Si la section du tuyau est conique, activez la case 'Rayon différent à l'extrémité' et indiquez la valeur correspondante.

Spline à courbure minimale

Ce type de géométrie permet de 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.

Définir une surface spline avec courbure minimale

Définissez le 'système de coordonnées' du plan de référence et indiquez les 'coordonnées d'échantillonnage 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 via le bouton graphiquement.

Épaisseur avec matériau

Sélectionnez dans la liste des épaisseurs existantes le type approprié ou définissez une nouvelle épaisseur (voir chapitre Épaisseurs).

Sélection de l’épaisseur

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 attribué au type d'épaisseur.

Matériau à sélectionner

Articulations

Avec une articulation, la transmission des efforts internes le long d'une ligne de la surface peut être contrôlée (voir chapitre Articulations linéiques. Après avoir coché la case, vous pouvez définir le type d'articulation dans l'onglet 'Articulations'.

Appui

Si la surface est élastiquement fondée, vous pouvez sélectionner ou définir un appui surfacique dans l'onglet 'Appui' (voir chapitre Appuis surfaciques).

Libération

Pour découpler le modèle sur la surface, vous pouvez sélectionner ou définir une libération surfacique dans l'onglet 'Libération' (voir chapitre Libérations surfaciques).

Excentrement

Avec un excentrement, un décalage en hauteur de la surface entière peut être modélisé (voir 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 transmettant les charges. Si vous cochez la case, vous pouvez attribuer ces facteurs individuellement dans un nouvel onglet.

Définir les facteurs de distribution de charge

Les objets chargés de la surface de transfert de charge sont prédéfinis dans une ligne. Chaque objet est associé au facteur 1,00, de sorte que tous les objets contribuent uniformément au transfert de charge. Si vous souhaitez une distribution spécifique, cliquez dans la prochaine ligne libre et sélectionnez la ligne ou la barre. Attribuez ensuite le 'facteur de distribution' approprié.

Raffinement du maillage

La taille du maillage EF peut être adaptée à la géométrie de la surface (voir chapitre Raffinements du maillage de surface). Elle est ainsi indépendante des paramètres généraux de maillage. Dans l'onglet 'Raffinement du maillage', vous pouvez sélectionner ou définir le raffinement du maillage de surface.

Axes spécifiques

Chaque surface possède un système de coordonnées local. En règle générale, il est aligné parallèlement aux axes globaux. Le système de coordonnées peut cependant également être défini de manière personnalisée – séparément pour la saisie et la sortie.

Axes d'entrée

Définition de l’orientation des axes d’entrée

L'orientation des axes d'entrée est par exemple importante pour les propriétés d'orthotropie et de fondation ou l'effet d'une charge surfacique.

La liste dans la section 'Catégorie' offre différentes possibilités pour ajuster la position des axes :

• Rotation d'angle : rotation des axes de surface xy autour de l'axe z avec l'angle α
• Axe parallèle aux lignes : alignement de l'axe x ou y sur une ligne
• Axe dirigé vers un point : alignement de l'axe x ou y vers le point d'intersection d'une ligne avec la surface
• Axe parallèle au système de coordonnées : alignement des axes sur un système de coordonnées personnalisé

Vous pouvez déterminer les objets de référence via le bouton graphiquement.

La case 'Inverser l'axe local z' permet d'orienter les axes z et y de manière opposée.

Axes de sortie

Ajustement des axes pour les résultats

Actuellement, l'orientation des axes de sortie 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 des points de résultats réguliers et adaptables.

Ajustement de la grille de surface

Par défaut, une grille de surface cartésienne avec une distance uniforme des points de grille de 0,5 m dans les deux directions est prédéfinie. Si nécessaire, vous pouvez ici ajuster les 'distances 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' offre une alternative pour la sortie numérique des résultats.

Informations

Pour les petites surfaces, la distance standard de 0,5 m peut entraîner seulement quelques points de grille, voire un seul point de grille à l'origine de la grille. Dans ce cas, adaptez le nombre ou la distance des points de grille à la taille de la surface.

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. Les modifications dans le tableau ne sont pas possibles.

Astuce

Si vous avez besoin de points spéciaux pour la sortie, vous pouvez définir des points de résultat personnalisés.

Objets intégrés

RFEM reconnaît en règle générale tous les objets automatiquement qui se trouvent dans la surface, mais qui n'ont pas été utilisés pour la définition de la surface.

Objets intégrés

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, vous devez l'intégrer manuellement : désactivez la Détection automatique des objets. Les champs de saisie dans la section 'Objets intégrés dans la surface' sont maintenant accessibles. Ajoutez 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. Ainsi, la surface agit par sa rigidité dans le modèle. La distribution 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 pour 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 est affichée 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 de la surface et l'orientation de la surface. Les ouvertures sont prises en compte en conséquence.

Astuce

Vous pouvez également vérifier les propriétés importantes d'une surface dans le panneau Propriétés d'objet (voir image Propriétés d'objet d'une barre) :

• Sélectionnez la surface.
• Activez le panneau 'Propriétés d'objet' via le bouton dans la barre d'outils.