Contact entre une tête rigide et un équipement de protection des voies respiratoires, analyse linéaire
II.20 Maillage triangulaire de la tête
II.20.1 Introduction
On se place maintenant dans la situation où on emploie la technique de contact de "Type 3", couplée à l’utilisation du "sparse solver", pour obtenir des résultats "numériquement stables" pour des modèles dont la taille est de l’ordre de 15000 degrés de liberté, tout en minimisant les ressources informatiques. Sur la Figure II.10 est représentée la chaîne logicielle développée pour passer des points numérisés au maillage. Cette chaîne a été utilisée pour les modélisations précédentes. Elle a permis la mise en place des maillages réglés paramétrés dont les résultats ont été exploités et ont permis d’optimiser plusieurs aspects. Indépendamment de la qualité des données et des modélisations, le travail à réaliser reste conséquent pour une tête donnée, non seulement en terme de logiciels, mais surtout en terme de main d’œuvre. De nombreuses opérations réalisées dans EUCLID-STYLER, IDEAS et SAMCEF sont manuelles, fastidieuses et longues. L’objectif poursuivi maintenant est la mise en place d’une procédure optimisée limitant le nombre de logiciels, d’interfaces et d’opérations pour passer de la numérisation de la tête à son maillage sans dégradation de la qualité des résultats. On peut songer à utiliser un mailleur triangulaire pour mailler la tête. Un tel outil est beaucoup moins contraignant pour l’utilisateur qu’un mailleur réglé et offre ainsi de nouvelles perspectives d’optimisation. En particulier, il n’est plus nécessaire que les surfaces aient toutes quatre bords et que les bords non adjacents soient à peu près de la même longueur. La construction des surfaces à partir du nuage de points numérisés (étape manuelle et longue) devient beaucoup plus rapide. Le fait que les éléments triangulaires soient ou non plus raides que les éléments quadrangulaires n’intervient aucunement dans cette partie du mémoire car le visage est supposé indéformable. Cette étape permet de tester et de valider la méthodologie appliquée par la suite à une modélisation de la tête incluant la peau et ses propriétés. L’aspect géométrique semble délicat à maîtriser car les quadrangles qui constituent le maillage de la tête approchent la géométrie "réelle". Ils sont gauches et leurs sommets sont non coplanaires même lorsqu’ils ne sont géométriquement définis que par leurs quatre
coins. Les éléments triangulaires définis par leurs trois sommets sont obligatoirement plans. La facettisation de la géométrie par le maillage est donc encore plus importante avec ce type d’élément. La gestion du contact effectuée par l’algorithme de "Type 3" est intéressante à plusieurs titres. Les résultats et en particulier la pression de contact moyenne convergent rapidement en fonction de la densité des maillages. Mais surtout, la surface de projection étant calculée à partir des nœuds situés dans la surface maîtresse et non directement sur la géométrie des éléments eux-mêmes, la facettisation de cette dernière par le maillage triangulaire est gommée par le lissage lors du traitement du contact. La géométrie de la bande de contact potentiel et le maillage triangulaire lissé réalisé sont représentés sur la Figure II.54. Les éléments finis ont des arêtes dont la longueur est de l’ordre de 5.5 mm.
Figure II.54 : Géométrie (à gauche) et maillage triangulaire de la bande de contact (à droite)
II.20.2 Premier modèle de tête sans opération de maillage
Les outils logiciels ont évolué pendant la réalisation de ce travail et TRICORDER a proposé comme sortie un ensemble de facettes triangulaires au format "Stéréo lithographie" (STL), formées par chaque triplet de points voisins. Ce format est le "format standard de fait" pour le prototypage rapide. Les triangles créés dans l’optique de ce prototypage ont généralement une forme incompatible avec celle qui est requise pour une analyse type éléments finis. Or les points de la matrice utilisée par TRICORDER sont régulièrement espacés. La distance entre points est un paramètre de définition des facettes dont la forme est suffisamment "équilatérale" pour qu’une facette soit un élément fini triangulaire de qualité acceptable.Leur ensemble forme directement un maillage triangulaire de la tête dont la densité dépend de la taille d’arêtes dans TRICORDER (Figure II.55). Il n’est pas nécessaire de reconstruire les surfaces s’appuyant sur les sommets de ces facettes, puis de mailler ces surfaces. Le logiciel TRICORDER peut être utilisé en tant qu’outil de maillage. Il suffit de plaquer les lignes matérialisant la bande de contact potentiel sur la géométrie facétisée pour délimiter cette zone, de l’isoler et de créer le fichier au format STL pour que le maillage soit réalisé. SAMCEF ne sait pas exploiter directement un fichier au format STL. Cela peut être résolu de deux façons différentes respectivement, soit en introduisant le fichier STL dans IDEAS qui le convertit ensuite en fichier de type
"Universal File" (que SAMCEF sait relire) ou soit en développant une interface directe qui transforme le fichier STL dans le format propre à SAMCEF.
Figure II.55 : Ensemble de facettes directement issues de TRICORDER (à droite) et bande de contact (à gauche) pour deux tailles d’arêtes dans TRICORDER
Pour des raisons d’automatisation de la procédure et de réduction du nombre de logiciels intervenant dans la chaîne, la seconde solution est retenue. La chaîne logicielle utilisée pour passer des points numérisés au maillage surfacique de la partie de tête nécessaire à l’étude se simplifie considérablement. Non seulement il n’est plus indispensable d’utiliser l’outil de Reconstruction De Surfaces, mais IDEAS et les interfaces ne sont plus utiles pour la mise en place du maillage de la tête. Le temps nécessaire pour passer de l’acquisition de la tête à son maillage et les procédures diminuent considérablement. Le programme d’interfaçage développé pour la tête surfacique lit le fichier de facettes triangulaires au format STL, puis convertit cette information dans le format d’entrée propre à SAMCEF qui dispose ainsi d’un ensemble d’éléments finis surfaciques de forme triangulaire composant directement le maillage de la tête. Un exemple a été présenté sur la Figure II.55