Implantation du modèle AMFV 1 D dans ANSYS

le logiciel ANSYS, un logiciel commercial exploitant la méthode des éléments finis, est établi dans un grand nombre de compagnies et d’universités. Il permet de simuler un nombre toujours grandissant de conditions frontières et de chargements complexes. la librairie d’éléments et de lois de matériau disponible est impressionnante. Dans le cadre de ce mémoire, il serait difficile, pour ne pas dire impossible, de développer un logiciel qui permettrait de simuler autant de conditions variées qu’un logiciel commercial tel ANSYS. En effet, ce type de conditions complexes est souvent rencontré lors de la conception d’un actionneur ou d’un appareil médical.

Compte tenu des modèles disponibles pour la modélisation des AMF, le choix est arrêté sur une approche phénoménologique bilinéaire avec une gestion des souscycles de la plus simple façon que ce soit: un retour élastique entre les pentes de transformation  . Cette méthode à l’avantage d’être facile de programmation, de permettre la simplification de la gestion des chargements thermiques  et de permettre une relativement grande liberté concernant les constantes du matériau nécessaire à la calibration du modèle. le modèle développé est appelé AMFV 1 D (Alliage Mémoire de Forme François Viens 1 D) pour le reste du texte.

Compte tenu de ces considérations, l’approche phénoménologique a été choisie pour la programmation de la loi de matériau AMF dans le logiciel utilisant la MEF qu’est ANSYS. Bien qu’il existe bien d’autres programmes perfectionnés tels ABAQUS et NASTRAN, le choix s’est arrêté sur ANSYS. En effet, il s’agit du programme d’analyse par éléments finis le plus puissant disponible à I’ÉTS.

Interaction avec le logiciel ANSYS 

Il existe principalement deux façons d’effectuer des analyses avec ANSYS. La première est d’utiliser l’interface GUI (Graphical User Interface), qui permet d’interagir avec ANSYS par des menus déroulants et autres fenêtres. La deuxième méthode est d’utiliser des fichiers de format texte pour ensuite les faire exécuter par ANSYS (Read Input from … du menu déroulant File). Bien que la première méthode soit de loin la plus conviviale pour le néophyte, l’utilisateur plus expérimenté trouvera très rapidement plusieurs inconvénients à l’utilisation unique et linéaire du GUI. Par exemple, il est plus avantageux de développer de nouvelles analyses ou de tenter de résoudre un problème par la méthode de fichier texte puisque qu’il est plus facile de modifier une seule variable ou ligne de code et de relancer l’analyse aussitôt. Il est bien sûr possible de combiner les deux, soit de faire une partie en texte (la géométrie et les propriétés des matériaux par exemple) et l’autre par GUI (imposition des conditions frontière et l’affichage des résultats). En fait, l’analyse des résultats est souvent faite en mode GUI. Peu importe la méthode employée, il est important de suivre un certain ordre pour chaque analyse. Généralement, la procédure est la suivante :

1. Énumérer et définir les paramètres nécessaires (dans le cas d’une modélisation paramétrique), choisir le type d’éléments utilisé, les propriétés du matériau et construire la géométrie

2. Effectuer le maillage et établir les conditions frontières.

3. Appliquer les charges.

4. Lancer l’analyse.

5. Afficher les résultats.

Programmation par module 

La programmation par module est appelée en anglais UPF (User Programmable Features). Cette approche est la façon standard de développer de nouveaux modules lorsque l’utilisateur ne trouve pas les comportements désirés dans la librairie offerte par le programme d’éléments finis. Ceux-ci peuvent être de nouveaux éléments ou de nouvelles lois de matériaux par exemple. Ces nouveaux modules pourront éventuellement être incorporés aux futures versions d’ANSYS. Le lecteur intéressé est dirigé vers le Guide to ANS YS User Programmable Features [21].

Procédure de programmation d’une loi de matériau avec USERMAT 

Le module usermat a été spécialement conçu pour donner la possibilité aux usagers d’ANSYS de créer leur propre loi de matériau. Le but de cette section est de montrer comment il est possible d’introduire sa propre loi de matériau à l’intérieur du logiciel ANSYS en donnant quelques trucs et en énumérant les erreurs les plus fréquentes.

En plus des lois de matériaux, ANSYS permet de créer ses propres éléments ou lignes de commande personnalisées. Un livre intitulé Guide to ANSYS User Programmable Feature [21] est disponible pour faciliter le travail de l’usager. De plus, des fichiers d’exemples sont disponibles dans un répertoire spécifique. Ce répertoire est le \ansys61\custom\user\intel. Les étapes à suivre afin d’incorporer la loi de matériau à l’intérieur d’ANSYS  afin de l’utiliser comme une loi d’un matériau courant sont présentées ci-dessous.

1. Créer un répertoire ou dossier de travail.
2. Copier les fichiers suivant (contenus dans le dossier \ansys61\custom\user\intel) dans votre répertoire de travail : ansyscust.bat, makefile, ansysex.def, ansys.d/1, mnflib.d/1 et tous autres fichiers qui seront modifiés (Usermat.f, usermat1d.f, usermatps.f, usermatbm.f et usermat3d.f dans le cas présent).
3. Modifier les fichiers selon vos besoins.
4. Exécuter le fichier ansyscust.bat.
5. Une fois que tous les fichiers ont été compilés, un fichier exécutable ansys.exe apparaît dans le répertoire de travail. Activer le fichier exécutable ans ys. exe créé en tapant la commande suivante dans une fenêtre Ms DOS : ansys61 cust -custom <chemin d’accès> -p <variable du produit>.
6. Utiliser ANSYS normalement, mais en appelant la loi de matériau user (voir l’exemple en annexe 6 utilisant la loi de matériau AMFV 1 D appelée user dans le fichier texte).

Notez que pour ce qui est de la commande à taper dans l’invite Ms-DOS, le chemin d’accès correspond à l’endroit sur l’ordinateur où est placé le fichier exécutable ansys.exe créé par la procédure (tel que c:\mon_ansys\ansys.exe) et la variable du produit correspond à la version du logiciel ANSYS (tel que ansysuh pour ansys university high option, information affichée à l’écran lors du démarrage de la version non modifiée d’ANSYS sur l’ordinateur). Il est conseillé d’être dans le répertoire de travail lors du lancement du fichier exécutable ansys.exe.

les fichiers de loi de matériau 

ANSYS utilise un compilateur Fortran qui doit être installé sur l’ordinateur pour compiler les fichiers modifiés en langage machine. la version du compilateur doit être à tout le moins aussi récente que Fortran77. ANSYS gère lui-même l’appel du compilateur si bien qu’il n’est pas nécessaire d’ouvrir le programme Fortran pour que tout fonctionne correctement.

Les fichiers nécessaires à la programmation d’une loi de matériau sont à deux niveaux. Le premier niveau est le fichier usermat (fichier fourni en annexe 2) qui fait le choix de la LM à utiliser en fonction du type d’élément (1 D, 20, 30, etc.). le deuxième niveau est la LM elle-même qui porte le même nom que le fichier de premier niveau, mais avec deux lettres supplémentaires à la fin afin de distinguer la LM pour le type d’élément particulier (voir figure 21 ). C’est à ce dernier niveau que le calcul des contraintes, par exemple, est effectué. Ainsi, les fichiers usermat1 d, usermatps, usermatbm et usermat3d (regroupé sous le nom de usermat** pour le reste du texte) sont en fait la seule et même loi de matériau, mais respectivement pour un élément à une dimension, de type déformation plane (plain strain), de type contrainte plane (bearn) et pour un élément à trois dimensions. Il est possible de changer le nom des fichiers usermat** mais pas le nom du fichier usermat. Si le nom d’un des fichiers usermat** est modifié, il doit aussi être modifié dans le fichier usermat afin que celui-ci appelle le bon fichier lorsqu’il a identifié le type d’élément utilisé.