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commit:2015:10_20

Commit 2015-10-20

Area in contact

Introduction

Dans le banc d’essai de l’Onera, le contact est localisé, en majeure partie, sur la seule rive inférieure de l’extrémité de la lame qui creuse la piste abradable du tambour (voir Figure 1). Ce mode particulier de sollicitation nécessite une révision mineure de nos méthodes de calcul d’aire de contact nodale pour une évaluation plus fidèle de l’aire réellement en contact en prenant en compte notamment le rayon de congé réellement usiné en bord de lame.

Figure 1 : Contact du bord inférieur de la lame contre le tambour.

Méthodes de calcul d’aire de contact nodale

Dans le cas d’éléments de contact 3D, l’aire de contact nodale est calculée comme une somme pondérée des aires de surface adjacente au noeud esclave (pour autant que la surface soit entièrement contenue dans l’entité géométrique esclave). Cette méthode de calcul ne peut évidemment représenter fidèlement l’aire réellement en contact dans le contexte qui nous occupe.

Pour l’aire de contact en bord de lame, nous proposons, comme approximation, l’aire de la surface latérale d’un secteur de cylindre. Pour ce faire, nous reprenons dès à présent, au sein des éléments de contact 3D, les trois méthodes de calcul d’aire de contact issues des éléments de contact 2D. Ces méthodes de calcul se basent sur une somme pondérée des longueurs de courbe incidente au noeud esclave. De cette manière, en considérant uniquement le contour de l’entité esclave de contact dans la contribution des courbes incidentes au noeud esclave, l’aire de contact nodale peut se calculer selon la relation : \begin{equation} A_S = \alpha R L \end{equation} où $\alpha$, $R$ et $L$ sont respectivement l’angle d’un secteur de cylindre, le rayon de congé réellement usiné et la somme pondérée des longueurs de courbe incidente au noeud esclave.

Implémentation

Une énumération supplémentaire, appelée “AreaInContactMethodDim”, est dès à présent définie dans les propriétés des éléments de contact. Cette énumération peut avoir pour valeur AICMD_1D ou bien AICMD_2D. Elle permet, dans le cas d’éléments de contact 3D, de faire le choix entre une méthode de calcul reposant sur les courbes incidentes au noeud esclave (AICMD_1D) et une méthode traditionnelle reposant sur les faces adjacentes (AICMD_2D).

Outre cette énumération, il est possible de spécifier, pour une interaction de contact, une frontière de l’entité esclave pour laquelle la méthode de calcul d’aire de contact est de type 1D. L’atout de cette seconde technique est qu’elle nous permet de traiter automatiquement le calcul d’aire de contact de type 1D ou bien 2D classique selon que le noeud esclave appartient ou pas à cette entité géométrique frontière.

En sus, dans le cas d’une méthode de calcul d’aire de contact unidimensionnel uniquement, l’utilisateur peut, dans un souci de respect de dimension, multiplier l’aire de contact nodale par un facteur de son choix. Ce nouveau paramètre (SLAVENODEAREAF) est interfacé dans les propriétés des éléments de contact et vaut par défaut l’unité. Ce dernier nous permet de prendre en compte, dans le calcul d’aire en bord de lame, le produit du rayon de congé réellement usiné de l’outil ($R$) et l’angle de secteur du cylindre ($\alpha$).

Il est important de noter que, pour les éléments de contact 3D, l’aire de contact nodale calculée selon une méthode unidimensionnelle ne s’adapte pas dans le cas d’érosion des éléments. De même, l’option de sélection de frontière interne ou externe, via le paramètre AreaInContactBoundarySelection des propriétés des éléments de contact, n’est pas prise en compte.

Cas-tests de la batterie

Un cas-test (apps.contactMec.contact3dEdgePlaneAbrad.py) reprenant les nouvelles fonctionnalités introduites dans ce commit est ajouté dans la batterie. Ce cas-test est un contact frottant d’un cube en une de ses arêtes contre un plan rigide abradable (areaInContactMethodDim = AICMD_1D).

Modifications du cas-test “bancOnera” :

  • Prise en compte de l’aire de contact évaluée une seule fois à la configuration initiale (AIC_NOAIC_ONCE)
  • Possibilité d’aire de contact nodale 1D sur les éléments du contour de la face en contact de la lame et 2D sur les éléments de l’entité esclave qui n’appartiennent pas au contour.
  • Nouvelles clés dans le dictionnaire de paramètres :
    • activer ou pas le calcul d’aire de contact 1D sur le contour en bord de lame,
    • valeur du rayon de congé d’usinage en bord de lame,
    • valeur de l’angle du secteur d’outil.

Perspectives

Si un élément de contact en bord de lame a un élément de contact voisin qui n’est pas sur le bord et qui est détecté comme en contact, alors le calcul d’aire de contact nodale pourrait passer d’une méthode 1D à une méthode classique 2D.

Fichiers ajoutés/supprimés

 

Tests ajoutés/supprimés

 
added : oo_meta.apps.contactMec.contact3dEdgePlaneAbrad.py

Yanick Crutzen 2015/10/20

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