En quoi l'analyse des câbles non-linéaires diffère-t-elle de l'analyse linéaire?

Les éléments de câble utilisés dans les logiciels de structure sont très utiles pour les ponts à haubans, ponts suspendus, filets de câbles et poteaux / tours haubanés. Par contre, les câbles sont très difficiles à modéliser et à analyser en raison de leurs caractéristiques hautement non linéaires. Les câbles ressemblent généralement à des fils d'acier minces ou à des cordes très flexibles, subissant souvent de grandes déformations. Pour ces raisons, une analyse linéaire-statique n'est pas appropriée et peut conduire à des résultats extrêmement imprécis.

Éléments de câble caténaire

Un bon logiciel d'analyse structurelle comprendra la capacité de modéliser des structures à l'aide d'un élément de câble dédié. Certains logiciels ne prennent pas directement en charge les éléments de câble, mais suggèrent que les câbles sont modélisés à l'aide d'une série d'éléments de ferme à tension uniquement. Par contre, pour que les éléments de la ferme soient précis même à distance dans ce scénario, l'utilisateur doit entrer les positions nodales initiales pour estimer la forme déformée du câble. Comme on peut l'imaginer, cela devient souvent une tâche difficile en cas d'affaissement et de pré-tension. en outre, si un ingénieur tente de modéliser un élément de câble à l'aide d'un élément de poutre avec une faible rigidité en flexion (I_z et moi_Y), alors la déflexion sera grande sans aucune augmentation de la force axiale lorsqu'une charge transversale est appliquée. Ce n'est clairement pas ainsi que les câbles se comportent. Un véritable élément de câble caténaire prendra en compte le changement de géométrie dû au chargement transversal et "convertir" cette action en tension axiale. C'est à dire, un seul élément de câble caténaire peut modéliser le comportement d'un câble avec une précision et une commodité supérieures à celles d'un élément de poutre ou de plusieurs éléments de ferme.

Un seul élément de câble caténaire montrant une déflexion due à un UDL.

Attributs uniques des câbles

Les câbles ont la particularité n'ont qu'une rigidité axiale qui supporte la tension. Cela signifie qu'ils n'ont pas de flexion, capacité de cisaillement ou de torsion. Aussi, à mesure que la charge des câbles augmente, ils ont tendance à devenir plus rigides et sont capables de supporter de plus grandes quantités.

Comment une analyse non linéaire profite aux câbles?

Comme indiqué ci-dessus, les câbles sont géométriquement non linéaires car ils sont très élastiques et flexibles, donc de grandes déviations sont courantes lorsque des câbles sont impliqués. Dans une analyse linéaire-statique, les équations d'équilibre sont basées sur la géométrie non déformée avant les charges sont appliquées. Par contre, si la déformation est importante (comme lorsque des câbles existent), il faut considérer l'équilibre dans les états déformés. Imaginez que lorsque des charges sont appliquées, ils changent de direction lorsque la structure se déforme et tourne. Vous pouvez voir un exemple de ceci dans l'image ci-dessous. Si le faisceau subit une petite déformation, alors la trajectoire des charges restera constante à mesure que la poutre dévie. Par contre, si le faisceau dévie et tourne de manière significative, les charges deviennent diagonales plutôt que verticales. Les câbles présentent un comportement similaire lorsqu'ils se déforment et une analyse géométriquement non linéaire est donc nécessaire.

La direction des charges change lorsque la déflexion est importante, rendant une analyse linéaire-statique inappropriée.

La difficulté de la modélisation des câbles provient souvent de problèmes de convergence. Les analyses non linéaires sont itératives, donc la solution peut diverger.

SkyCiv Structural 3D: Câbles caténaires

La bonne nouvelle est que SkyCiv peut désormais analyser les câbles caténaires via une analyse non linéaire en utilisant la théorie des grands déplacements. Dans la v2.1 de SkyCiv Structural 3D, les utilisateurs pourront désormais modéliser les câbles à l'aide d'un véritable élément de câble caténaire. Nos clients peuvent également contrôler la prétension et l'affaissement du câble en spécifiant un (ou sans contrainte) longueur de câble.   J'espère que cet article vous a informé sur l'analyse des câbles caténaires et ses caractéristiques uniques. Si vous avez des questions sur votre modélisation ou votre analyse, n'hésitez pas à contacter notre équipe d'assistance!

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