Contribution à la Modélisation de Composites 2D/3D à l'Aide d'Eléments Finis Spéciaux.

Contribution to the 2D/3D Modeling Composites using Special Finite Elements.

• Auteur / Autrice : Lakhdar Sedira
• Direction : Rézak Ayad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences - STS
• Date : Soutenance le 02/06/2013
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec université Mohamed Khider de Biskra
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie et Sciences des Matériaux (LISM - EA 4695) (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Noureddine Moummi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rézak Ayad, Hocine Kebir, Mabrouk Hecini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Louis Batoz, Fodil Hammadi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Mots clés libres

Plaque

Coque

Composite

Element fini

Fonction zigzag

Mindlin discret

Plate

Shell

Composite

Finite element

Zigzag function

Discrete mindlin

Résumé

La présente thèse doctorale traite de la formulation et l'évaluation élément fini d'un model variationel de Mindlin discret et modifié pour l'analyse du comportement statique et dynamique, linéaire et non linéaire des plaques et coques composites. Incluant des termes additionnels de type zigzag, en vue d'améliorer la précision de contraintes, le modèle a été reformulé afin de prendre en considération la variation linéaire par couche du déplacement. En conséquence, deux éléments finis de plaques et coques à quatre nœuds, baptisés respectivement DMQP et DMQS (Discret Mindlin Quadrilateral Plates/ Shells), améliorés par un champ de rotations quadratique ont été développés et validés sur les codes de calcul REFLEX et ABAQUS. Dans une seconde version, les deux éléments avec un effet de zigzag ont été développés et validés à travers quelques tests statiques et dynamiques connus de la littérature. Les résultats montrent une indépendance vis-à-vis de la correction du cisaillement transverse et une précision des contraintes meilleure à celle obtenue par rapport le modèle initial (sans l'effet de zigzag).Les résultats satisfaisants de ce modèle constatés à travers les cas-tests linéaires de coque isotropes, nous ont motivés à étendre la présente approche aux applications non-linéaires géométriques. Un élément isoparamétrique courbe de coque a été développé à cet effet, avec l'hypothèse des petites déformations élastiques et grands déplacements et rotations modérées. Il est géométriquement simple et ne possède que quatre nœuds aux sommets et 6 ddl/nœud. Le calcul élémentaire de la matrice de rigidité tangente consiste à associer la partie linéaire du modèle de coque courbe (DMQS) avec celle non linéaire de l'élément standard Q4 de membrane. Une formulation lagrangienne actualisée à chaque itération (FLAI) a été utilisée avec la méthode de résolution de Newton-Raphson. Quelques tests standards non-linéaires des structures coques sont présentés, ils montrent un très bon comportement global et une convergence meilleure que celle d'éléments pareils.

This doctoral thesis deals with the finite element formulation and evaluation of a modified Mindlin's discrete variational model for static, dynamic, linear and non-linear composite plates and shells analysis. Including additional terms of zigzag type, in order to improve the accuracy of stress, the model has been reformulated to take into account the linear picewise of displacement variation. Consequently, two finite plate and shell elements with four nodes, called DMQP and DMQS (Discrete Quadrilateral Mindlin Plates and Shells respectively), enhanced by quadratic field rotations, have been developed and validated under REFLEX and ABAQUS codes.Both elements including the zigzag effect have been also developed in a second version, and validated through several static and dynamic test problems known from the literature, highlighting the independence towards the transverse shear correction and in particular the stress accuracy with respect to the initial model without the zigzag effect.The satisfactory results of this model found through cases of linear isotropic shell tests, motivated us to extend this approach to the non-linear geometric applications. An isoparametric curve element of shell has been developed for this purpose, where small elastic deformation assumptions of and large displacements and moderate rotations are adopted. It is geometrically simple and has only four nodes at corners and 6 DOF/node. The elementary calculation of the tangent stiffness matrix consists in combining the linear part of the curved shell element (DMQS) with that of the membrane Q4 non-linear part. An Updated Lagrangian Formulation at each Iteration (ULFI) is used with Newton-Raphson resolution Method. Some standard tests of nonlinear geometrical shell structures are presented; they show a very good convergence and global behavior better than such elements.