Variable-kinematics approach for an effective modelling of composite structures including multi-field coupling - Université Paris Nanterre Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2022

Variable-kinematics approach for an effective modelling of composite structures including multi-field coupling

Approche à cinématique variable pour une modélisation efficace de structures composites avec couplage multi-champs

Résumé

Composite structures are widely employed in engineering applications for increasing the structural weight efficiency. These deserve dedicated modeling strategies that consider their multi-scale heterogeneity and anisotropy. It is well known that structural models (beams, plates and shells) can accurately grasp the global and local response, provided their formulation is adapted to the intended analysis and to the considered problem (geometry, loading…). The present work discusses the variable kinematics approach as an axiomatic modeling tool for constructing arbitrary models, thus allowing to adapt the model assumptions in order to obtain the most accurate result without excess of model parameters. In order to improve the accuracy of the transverse stresses, Reissner’s mixed approach RMVT is considered in addition to the classical displacement-based approaches. After reviewing the variable kinematics models available in literature, the Sublaminate Generalised Unified Formulation (SGUF) is presented as a particularly attractive framework for an efficient modeling of sandwich structures. The formulation is extended to multifield problems with reference to the weak thermo-mechanical coupling and the strong piezo-electric coupling. The presentation is limited to plate geometries. Besides the classical quasi-analytical Navier-type solution, numerical solution methods (Ritz and Finite Element Method) are considered for solving the 2D governing equations: particular emphasis is then given to the formulation of numerical models that assure a good convergence rate, i.e., to the absence of numerical pathologies in order enhance the efficiency of the computational model. Results issued from the works already published by the author are exemplarily shown and discussed.
Les structures composites sont largement utilisées dans plusieurs secteurs de l’ingénierie dans un souci d’allègement. Ces structures nécessitent d’approches dédiées pour prendre en compte leur nature hétérogène et leur comportement anisotrope. Il est avéré que leur dimensionnement peut se faire par des modèles structuraux (poutres, plaques, coques), à condition que leurs hypothèses soient adaptées à la réponse visée (globale et/ou locale) et à la nature du problème considéré (géométrie, conditions aux limites…). Ce travail porte sur l’approche axiomatique dite "à cinématique variable", qui permet de formuler des modèles raffinés en offrant à l’ingénieur la possibilité d’optimiser l’efficacité du modèle par le choix du modèle en fonction de l’application visée. La formulation mixte de Reissner a été considérée en plus de celle classique en déplacement, car elle peut conduire à un champ de contraintes transverses plus précis. Après avoir revu l’approche à cinématique variable et les formulations unifiées, le travail se concentre sur la Sublaminate Generalised Unified Formulation (SGUF), une approche dédiée à une modélisation efficace notamment des structures sandwich. La formulation est étendue aux problèmes multi-champs en considérant le couplage faible thermo-mécanique et le couplage fort piézo-électrique. La solution des équations différentielles de la plaque est obtenue suivant les méthodes de Navier, de Ritz et des Éléments Finis. L’attention est alors portée sur l’efficacité du modèle numérique, en discutant le taux de convergence et l’absence de pathologies numériques. Des résultats extraits des publications de l’auteur sont reportés à titre d’illustration pour diverses applications.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04325268 , version 1 (05-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04325268 , version 1

Citer

Michele d'Ottavio. Variable-kinematics approach for an effective modelling of composite structures including multi-field coupling. Structural mechanics [physics.class-ph]. Université Paris Nanterre, 2022. ⟨tel-04325268⟩
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