De la CAO au calcul

Discipline relativement récente mêlant étroitement mathématiques, mécanique et analyse numérique, le calcul de structures par éléments finis est une matière complexe. Cette quatrième édition répond aux difficultés que l'élève ingénieur et l'utilisateur de logiciels de CAO découvrent lors de l'utilisation de la méthode des éléments finis. Elle comporte quatre parties. La première est un rappel des notions de mécanique et de théorie des éléments finis. La deuxième est une présentation actualisée des différents types d'éléments finis avec pour chacun leurs avantages et leurs inconvénients. La troisième partie présente les pièges à éviter dans les modélisations (éléments incompatibles, matériaux composites. . . ). Enfin la dernière partie est une étude des problèmes de dynamique linéaire  : analyse modale et réponses transitoires et harmoniques. Des exemples, des exercices corrigés ainsi que des applications renforcent la dimension concrète de l'ouvrage et des problèmes types avec leurs solutions sont présentés en fin d'ouvrage.

Cet ouvrage s'adresse aux étudiants en L3/Master et aux élèves d'écoles d'ingénieur. Il fournit les bases de mécanique non linéaire indispensables pour aborder le calcul de structures par éléments finis. Avec un minimum d'équations, il traite du sujet d'un point de vue concret grâce à de nombreuses applications avec utilisation de logiciels.

Les progrès réalisés en informatique ont contribué à une utilisation sans cesse des Matériaux et Mécaniques croissante des programmes de calcul par éléments finis. Le non linéaire a envahi les bureaux d'études et lors du dimensionnement, on peut être confronté à de grands déplacements, du flambage, de la plasticité, du contact... La raison en est relativement simple : a vouloir toujours tout optimiser, on met moins de matière qu'avant. En conséquence, les structures sont plus souples et les hypothèses de mécanique linéaire en arrivent à ne plus être valables. Cet ouvrage constitue une aide pour l'utilisateur de code éléments finis qui y trouvera dans une première partie un rappel de la mécanique linéaire, ses hypothèses et ses limites. La seconde partie constitue le coeur de l'ouvrage. On aborde divers points de la mécanique non linéaire dont le flambage, la plasticité et les outils d'analyse numérique spécifiques pour les simulations en statique ou dynamique non linéaire. On explicite, pour un élément fini triangulaire, où résident les différences entre la construction de la matrice de raideur initiale et la matrice de raideur tangente. Dans la dernière partie sont développés des exercices d'application de difficulté progressive, couvrant les différents chapitres de la seconde partie, avec une explication des modèles développés et une analyse critique des résultats obtenus.

L'évolution rapide de l'outil numérique a bouleversé les méthodes de travail en bureaux d'études. Mais si des programmes informatiques performants gomment l'aspect purement calculatoire des études, ils s'appuient toujours sur les lois de la mécanique des structures, qu'il importe donc de maîtriser pour modéliser les problèmes et pour interpréter les résultats. A cet effet, ce livre présente d'abord les différentes hypothèses concernant la statique, les liaisons, les matériaux, les contraintes et les poutres, avec une grande précision et en insistant sur leurs conditions de validité. Puis il évoque chaque sollicitation simple et il s'arrête sur la stabilité (flambage) avant de développer les méthodes énergétiques. Enfin, se focalisant sur les treillis de barres et de poutres, l'ouvrage les traite sous l'angle de l'analyse matricielle par la méthode des déplacements. Il réalise ainsi une avancée importante vers la méthode des éléments finis pour les structures continues. Avec des calculs limités, il en préfigure le principe, les étapes et les mécanismes de résolution. Pour compléter la réflexion et faciliter l'assimilation, sont proposés de nombreux exercices avec des solutions détaillées. Biographie de l'auteur Jean-Charles Craveur est Enseignant-chercheur à l'ISMANS et formateur pour le CNRS. Précédemment Ingénieur de recherche à l'ONERA puis chez SAMTECH il travaille depuis 1983 à la modélisation numérique par éléments finis. Il est l'auteur de 2 ouvrages chez Dunod. Claude Chèze est Professeur des Universités et Professeur d'ENSAM. Il a enseigné à l'Université de Brest et à l'Ecole Navale et il a dirigé l'Ecole Nationale d'Ingénieurs et l'IUT de Brest. Il est l'auteur ou co-auteur de 5 ouvrages de mécanique et génie mécanique chez Ellipses.