Post-traitement

Outils de post-traitement

Objectifs : Dans cette fiche, on propose de détailler les différents outils à disposition dans Catia pour post-traiter des calculs éléments finis. Généralement, on se contente de tracer un champ de contrainte équivalente, alors que les possibilités offertes sont fort heureusement bien plus riches.

Tracé de champs

Visualiser un champ permet de voir rapidement le comportement de la structure, de localiser grossièrement les zones les plus sollicitées, de vérifier qu'après déformation, il existe toujours un jeu entre deux pièces, etc.

Visualisation de champs à l'aide de la barre d'outils « Images »

Il existe différentes façons de tracer un champ associé à une quantité de type déplacement ou contrainte.
La plus classique, mais aussi la plus limitée consiste à utiliser la barre d'outils « Images » qui permet de tracer :

le maillage déformé et non pas les déformations comme le laisse entendre le nom de l'icône ;
la contrainte équivalente de Von Mises (lissée) ;
le vecteur déplacement ;
les contraintes principales ;
les erreurs absolues élémentaires calculées via un estimateur de type ZZ dont le principe est présenté ici.

A chaque fois qu'un de ces champs est calculé puis tracé, il est affiché sous le noeud « Solution Statique » (ou autre type de calcul) dans l'arbre, à l'intérieur du cas d'analyse courant. Il est alors possible de double cliquer dessus et de préciser dans la fenêtre qui s'ouvre :

dans l'onglet « Visu » : le type de tracé (valeurs affichées à chaque noeud, symboles, ou isovaleurs) ; les options permettent de modifier légèrement l'esthétique du tracé ;
dans l'onglet « Sélection » : les supports sur lesquels on souhaite tracer le champ ; par défaut ce support est le maillage complet ; en pratique, on peut souhaiter réduire ce tracé à une pièce dans le cas d'un calcul sur un assemblage, à une condition aux limites, etc ; pour cela il faut descendre dans la partie inférieure de la fenêtre les supports conservés ;
dans la partie cachée de la fenêtre, accessible par le bouton « Plus », la composante tracée, dans le cas d'une quantité à plusieurs composantes, et le repère choisi qui est par défaut le repère global.

Remarque : pour modifier le système d'axes, il faut au préalable avoir créé, dans la pièce dont on fait le calcul, un repère utilisateur à l'aide de l'icône « Repère ». Ce repère est inséré dans l'arbre de la pièce sous le noeud « Repère » et peut être ensuite sélectionné dans la fenêtre définissant le tracé du champ. Il faut alors imposer (en cliquant sur les trois petits points) comme type de repère « Utilisateur » et sélectionner comme axe courant le repère créé dans l'arbre.

Visualisation de champs à l'aide de l'outil « Génération d'images »

La barre d'outils présentée précédemment ne permet pas d'accéder à énormément de quantités utiles à la conception. Bien d'autres champs peuvent être tracés. Pour cela il faut cliquer droit sur la « Solution statique » (ou autre type de calcul) dans l'arbre, à l'intérieur du cas d'analyse courant et choisir « Génération d'images » dans le menu contextuel. Dans la fenêtre qui s'ouvre on peut choisir un champ parmi une liste assez fournie. La quantité de champs qu'il est possible de tracer dépend de l'analyse éléments finis effectuée. Par exemple :

si l'on a fait une analyse d'un assemblage avec du contact entre deux pièces, il sera possible de tracer le champ de pression au contact ainsi que le jeu local existant entre les deux pièces ; si on utilise une version de CATIA supérieure ou égale à R18 SP5 dans laquelle le contact peut être associé à du frottement, on pourra également tracer le « Ratio de friction » qui correspond au rapport effort tangentiel sur effort normal (en valeur absolue) et qui permet donc de localiser les zones d'adhérence et de glissement (voir ici pour ici pour un exemple de calcul avec frottement) ;
si l'on a fait une analyse en vibrations forcées ou en dynamique transitoire, il sera possible de tracer les champs de vitesse et d'accélération en plus du champ de déplacement ;
si le modèle est de type poutre ou plaque, on pourra tracer des champs de rotations ;
etc.

Une fois calculés et affichés, tous les tracés de ces champs peuvent être modifiés comme vu au paragraphe précédent. Il existe quelques subtilités pour bien utiliser l'outil :

les champs de contraintes peuvent être tracés soit aux points de Gauss de l'élément (aux noeuds des éléments), soit interpolés sur les fonctions de forme éléments finis (aux noeuds) ;
l'énergie élastique élémentaire est calculée comme étant l'intégrale sur l'élément de la densité d'énergie élastique élémentaire ;

Remarque : cette procédure permet également de tracer les champs de propriétés, la numérotation des éléments des noeuds, les épaisseurs des plaques, les inerties des poutres, etc lorsque le menu contextuel est lancé respectivement à partir du noeud « Maillage » ou du noeud « Propriétés ».

Extraction de valeurs du champ sur des zones prédéfinies

On a vu précédemment que les tracés pouvaient être réduits sur un support particulier tel qu'une seule pièce dans le contexte d'un assemblage, ou une condition aux limites. De façon plus générale, il est possible de réduire le tracé à une zone (volume, surface, courbe, ensemble de points) définie par un « Groupe ». Un groupe est un lien entre une géométrie et un ensemble de noeuds et de mailles.
Il y a quatre manières différentes de créer un groupe :

la géométrie sélectionnée est directement une partie de la géométrie maillée : dans cas, on utilisera la première ligne de la barre d'outils « Groupes » ;
il n'y a pas de géométrie précise à sélectionner, mais on souhaite récupérer tous les noeuds et éléments compris dans un domaine délimité par une boîte parallélépipédique ou sphérique : dans ce cas, on utilisera la deuxième ligne de la barre d'outils « Groupes » ;
la géométrie sélectionnée n'est pas sous-jascente au maillage (elle n'est pas maillée) mais elle est proche de la zone dont on souhaite récupérer les éléments : dans ce cas, on utilisera la troisième ligne de la barre d'outils « Groupes » ; ces outils ont été utilisés ici pour extraire des déformations sous des « jauges virtuelles » ;
si la géométrie sélectionnée est à limiter par une autre géométrie : dans ce cas, on utilisera la quatrième ligne de la barre d'outils « Groupes ».

Remarque : un groupe permet également d'imposer des conditions aux limites sur des petites zones non délimités par des arêtes. Un exemple est proposé ici.

Export des valeurs de champs

Dans le cas où le champ tracé contient un nombre raisonnable de valeurs qu'il est possible de post-traiter avec un tableur, on peut exporter ces valeurs dans un fichier texte en cliquant droit sur l'objet champ dans l'arbre, et en sélectionnant « Exporter les résultats ». Le fichier généré contient 4 colonnes correspondant aux coordonnées des noeuds et à la valeur du champ tracé en chaque noeud. Avant de tracer des courbes, il faut donc réorganiser ces données de façon intelligente. Typiquement, ce genre de travail est aisé à faire lorsque le champ est tracé sur une courbe, ou sur un maillage 2D réglé (à faire avec le mailleur avancé donc, dont on peut trouver un exemple d’utilisation ici).

Utilisation des capteurs

Les capteurs sont des outils pratiques pour extraire des valeurs d'un champ de déplacement, de contrainte, des réactions aux appuis et pour associer à ces valeurs des paramètres. Ces derniers peuvent ensuite piloter d'autres simulations ou encore faire l'objet d'une optimisation ou d'un plan d'expériences.

Les différents types de capteurs

Il existe trois grands types de capteurs :

les capteurs globaux ;
les capteurs locaux ;
les capteurs résultants.

Tous ces capteurs peuvent être créés par une opération identique : cliquer droit sur le noeud « Capteurs » de la solution courante et choisir le type de capteur souhaité.

Capteurs globaux

Comme son nom l'indique, ce type de capteur permet d'accéder à des quantités globales telles que (dans l'ordre des quantités proposées) :

l'énergie de déformation ;
l'erreur globale absolue calculée via un estimateur de type ZZ (voir la fiche associée) ;
l'erreur globale relative calculée via un estimateur de type ZZ (voir la fiche associée) ;
le déplacement maximum toutes composantes confondues ;
la contrainte de Von Mises maximale ;
la masse de la structure modélisée (maillée).

A chaque fois qu'un capteur de ce type est créé, il est possible d'utiliser le paramètre associé dans une formule, une optimisation, etc.

Capteurs locaux

Comme son nom l'indique, ce type de capteur permet d'accéder à une quantité éléments finis plus locale de type contrainte, déplacement, erreur absolue, énergie, ou force. Lorsque l'un de ces types de capteur est choisi, il est inséré dans l'arbre, sous le noeud « Capteurs », un élément ayant un nom représentatif du type de quantité étudiée. Mais pour le moment, seul le type de capteur est défini. Pour aller plus loin, il faut éditer le capteur, par exemple en double-cliquant dessus et dans la fenêtre qui s'ouvre :

Renseigner le nom du capteur si besoin ;
Préciser le support, c'est à dire la zone sur laquelle on souhaite extraire la quantité : pour cela cliquer sur une arête, une face, un groupe, un corps de pièce en fonction de l'étude souhaitée ;
Préciser le repère dans lequel on se place : par défaut c'est le repère global ;
Dans le cas d'un champ à plusieurs composantes (déplacements, contraintes, forces), préciser la composante étudiée :

C1, C2, C3, c'est-à-dire les composantes selon les axes du repère global pour un déplacement ;
C11, C22, C33, C12, C13, C23, c'est-à-dire les différentes composantes du tenseur des contraintes (uniquement les trois premières composantes pour le tenseur des contraintes principales puisque ce tenseur est diagonal) ;

Choisir le type de post-traitement utilisé : on peut extraire le maximum des valeurs filtrées par les choix précédents, la moyenne ou le minimum ;
Enfin, si un post-traitement a été choisi, on peut créer un paramètre en cochant la case associée : la paramètre sera accessible dans toute formule par la suite.

Remarque : pour modifier le système d'axes, il faut au préalable avoir créé, dans la pièce dont on fait le calcul, un repère utilisateur à l'aide de l'icône « Repère ». Ce repère est inséré dans l'arbre de la pièce sous le noeud « Repère » et peut être ensuite sélectionné dans la fenêtre définissant le capteur. Il faut alors imposer comme type de repère « Utilisateur » et sélectionner comme axe courant le repère créé dans l'arbre.

Capteurs résultants

Ce type de capteur permet d'estimer une quantité associée :

au torseur résultant des actions mécaniques imposées sur une face, une arête, etc ;
aux paramètres d'inertie (masse, matrice d'inertie, centre d'inertie, axes principaux, etc) associés à une géométrie maillée donnée ;
au torseur des actions mécaniques de réaction dans une liaison avec le bâti ou entre deux pièces (voir un exemple ici).

Pour chacun de ces capteurs la démarche est identique. Une fois que le capteur est créé, une fenêtre s'ouvre dans laquelle il faut renseigner :

Le support, c'est-à-dire l'entité maillée sur laquelle on souhaite récupérer les informations ;
Le système d'axes choisi qui est par défaut le système d'axe global.