[U2.04.05] Notice d`utilisation du modèle THM

[U2.04.05] Notice d`utilisation du modèle THM
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Code_Aster
Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 1/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Notice d'utilisation du modèle THM
Résumé :
Les modélisations THM traitent exclusivement de l’évolution des comportements Thermo-Hydro-Mécaniques
des milieux poreux saturés, ou non, par un ou deux fluides. La description numérique et physique des ces
modélisations dans Code_Aster est détaillée dans [R7.01.10] et [R7.01.11].
On détaille dans cette documentation la procédure à suivre pour réaliser des simulations dans le contexte des
modélisations THM. On décrit dans la première partie les différentes étapes de calculs dans le cadre général
des milieux continus dits « généralisés » (cf [R7.01.10]). Dans cette partie, on ne détaillera pas ce qui concerne
les modèles mécaniques décrits ailleurs. On restreint dans la seconde partie l’application de ces modélisations
pour traiter les milieux poreux qui subissent une dégradation de leur propriétés mécaniques par
endommagement du sol ou des roches par exemple. Pour cela, on étend les modélisations THM aux milieux à
microstructure en prenant en compte les effets second gradient (cf [R5.04.03]). L’objectif est de corriger la
dépendance à la discrétisation spatiale des solutions lorsque la loi de comportement mécanique considérée est
de type adoucissante – ce qui est le cas pour tout matériau fragile, et donc les sols en particulier.
Manuel d'utilisation
Fascicule u2.04 : Mécanique non linéaire
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 2/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Table des Matières
1 Les grandes lignes...............................................................................................................................3
1.1 Contexte des études THM............................................................................................................3
1.2 Généralités...................................................................................................................................3
1.3 Étapes de calculs..........................................................................................................................4
2 Les différentes étapes d'un calcul THM..............................................................................................4
2.1 Choix du modèle...........................................................................................................................4
2.2 Définition du matériau...................................................................................................................8
2.2.1 Mot clé simple COMP_THM................................................................................................9
2.2.2 Mot clé facteur THM_INIT.................................................................................................11
2.2.3 Mot clé facteur THM_LIQU................................................................................................13
2.2.4 Mot clé facteur THM_GAZ.................................................................................................14
2.2.5 Mot clé facteur THM_VAPE_GAZ.....................................................................................14
2.2.6 Mot clé facteur THM_AIR_DISS........................................................................................15
2.2.7 Mot clé facteur THM_DIFFU.............................................................................................15
2.2.8 Récapitulatif des fonctions de couplages et leur dépendance...........................................20
Mot clé facteur THM_DIFFU............................................................................................21
2.3 Initialisation du calcul..................................................................................................................24
2.4 Chargements et conditions aux limites.......................................................................................26
2.5 Le calcul non linéaire..................................................................................................................28
2.5.1 Résolution par couplage....................................................................................................29
2.5.2 Résolution par chaînage....................................................................................................29
2.5.3 Conseils généraux d'utilisation..........................................................................................31
2.6 Le post-traitement.......................................................................................................................36
2.6.1 Généralités........................................................................................................................36
2.6.2 Variables internes..............................................................................................................37
2.6.3 Isovaleurs .........................................................................................................................38
2.7 Quelques cas tests......................................................................................................................40
3 Les modélisations THM par une approche second gradient..............................................................41
3.1 Définition du patch......................................................................................................................41
3.1.1 Étape 1. Définition du maillage de la structure..................................................................41
3.1.2 Étape 2. Duplication du maillage pour définir le patch......................................................41
3.1.3 Étape 3. Modification (éventuelle) du maillage du patch...................................................42
3.2 Choix du modèle.........................................................................................................................42
3.3 Définition du matériau.................................................................................................................43
3.4 Impact sur les conditions aux limites..........................................................................................43
3.5 Résolution du problème..............................................................................................................44
Annexe 1 Contraintes généralisées et variables internes.....................................................................45
Annexe 2 Éléments supplémentaires sur les conditions aux limites en THM.....................................47
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
1
Les grandes lignes
1.1
Contexte des études THM
1.2
Généralités
Date : 16/04/2013 Page : 3/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Avant toute chose, il convient de définir le cadre bien précis des calculs Thermo-Hydro-Mécaniques.
Ceux-ci ont pour application exclusive l’étude des milieux poreux. Sachant cela, la modélisation THM
couvre l'évolution mécanique de ces milieux et les écoulements en leur sein. Ces derniers concernent
un ou deux fluides et sont régis par les lois de Darcy (fluides darcéens). Le problème de THM complet
traite donc de l’écoulement des ou du fluide(s), de la mécanique du squelette, ainsi que de la
thermique: la résolution est très souvent entièrement couplée. Elle peut également être chaînée dans
les cas où les phénomènes hydraulique et mécanique sont faiblement couplés.
Les calculs s’appuient sur des familles de lois de comportement THM pour les milieux poreux saturés
et non saturés. La mécanique des milieux poreux rassemble une collection très exhaustive de
phénomènes physiques touchant aux solides et aux fluides. Elle fait l’hypothèse d’un couplage entre
les évolutions mécaniques des solides et des fluides, vus comme des milieux continus, avec les
évolutions hydrauliques, qui règlent les problèmes de diffusion de fluides au sein de parois ou de
volumes, et les évolutions thermiques. La formulation de la modélisation Thermo-hydro-mécanique
(THM) en milieu poreux telle qu’elle est faite dans Code_Aster est détaillée dans [R7.01.11] et
[R7.01.10]. Toutes les notations employées ici s’y réfèrent donc. On rappelle cependant quelques
notations indispensables par la suite :
Concernant les fluides, on considère (cas le plus complet) deux phases (liquide et gaz) et deux
constituants appelés par commodité eau et air. On utilise alors les indices suivants :
w pour l’eau liquide
ad pour l’air dissous
as pour l’air sec
vp pour la vapeur d’eau
Les variables thermodynamiques sont :
• les pressions des constituants :
•
p w  x , t  , p ad  x ,t  , p vp  x ,t  , p as  x , t  ,
la température du milieu T  x , t  .
Ces différentes variables ne sont pas totalement indépendantes. En effet, si l’on considère un seul
constituant, l’équilibre thermodynamique entre ses phases impose une relation entre la pression de la
vapeur et la pression du liquide de ce constituant. Finalement, il n’y a qu’une seule pression
indépendante par constituant, de même qu’il n’y a qu’une seule équation de conservation de la masse.
Le nombre de pressions indépendantes est donc égal au nombre de constituants indépendants. Le
choix de ces pressions varie selon les lois de comportements.
Pour le cas dit saturé (un seul constituant air ou eau), nous avons choisi la pression de cet unique
constituant.
Pour le cas dit non saturé (présence d’air et d’eau), nous avons choisi comme variables
indépendantes :
•
la pression totale du gaz p gz  x ,t  = p vp p as ,
•
la pression capillaire
p c  x , t = p gz − plq = p gz − p w − p ad .
Nous verrons par la suite la terminologie Aster pour ces variables.
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
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1.3
Date : 16/04/2013 Page : 4/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Étapes de calculs
Pour les étapes nécessaires à la mise en œuvre d’un calcul Aster, indépendamment des aspects
purement THM, on se référera à la documentation de chaque commande utilisée.
Dans tout calcul Aster, plusieurs étapes clés doivent être effectuées :
•
•
•
•
•
Choix de la modélisation
Données matériaux
Initialisation
Calcul
Post-traitement
Ces points sont détaillés dans le chapitre suivant.
2
Les différentes étapes d'un calcul THM
2.1
Choix du modèle
Le traitement numérique en THM nécessite un maillage quadratique puisque les éléments sont de
type P2 en déplacement et P1 en pression et température afin d’éviter des problèmes
d’oscillations.
Le choix se fait par l’utilisation de la commande AFFE_MODELE comme dans l’exemple ci-dessous :
MODELE=AFFE_MODELE(MAILLAGE=MAIL,
AFFE=_F(TOUT='OUI',
PHENOMENE='MECANIQUE',
MODELISATION='AXIS_THH2MD',),)
Dans tous les cas, le phénomène est 'MECANIQUE' (même si la modélisation ne contient pas la
mécanique).
L’utilisateur doit renseigner ensuite de manière obligatoire le mot clé MODELISATION. Ce mot clé
permet de définir le type d’élément affecté à un type de maille. Les modélisations disponibles en THM
sont indiqués dans le tableau 2.1-1.
Remarque concernant le traitement numérique (mot clé se terminant par D ou S) :
Les modélisations se terminant par la lettre D indiquent que l’on fait un traitement permettant de
diagonaliser (« lumper ») la matrice afin d’éviter les oscillations pour les problèmes hydrauliques. Pour
cela les points d’intégration sont pris aux sommets des éléments. Ce traitement étant peu adapté à la
mécanique, on dispose également d’une modélisation dite « sélective ». Dans ce cas, les termes
capacitifs sont intégrés aux sommets alors que les termes diffusifs sont intégrés aux points de Gauss.
Ces modélisations se terminent par un S. Les autres modélisations intègrent tout aux point de Gauss.
On conseille vivement à l’utilisateur d’utiliser les modélisations D ou S dans les cas sans mécanique
et d’utiliser la modélisation S et pour les modélisations avec mécanique.
Les modélisations « classiques » (sans D ni S) sont amenés à être résorbées et sont déconseillées.
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
D_PLAN_HM
D_PLAN_HMD
D_PLAN_HMS
D_PLAN_HM_SI
Modélisation
géométrique
plane
plane
plane
plane
D_PLAN_HHM
D_PLAN_HHMD
plane
plane
D_PLAN_HHMS
plane
D_PLAN_HH2MD
plane
D_PLAN_HH2MS
plane
D_PLAN_THHD
plane
D_PLAN_THH2D
plane
D_PLAN_THH2S
plane
D_PLAN_THM
plane
D_PLAN_THVD
plane
D_PLAN_THMD
plane
D_PLAN_THMS
plane
D_PLAN_THHMD
plane
D_PLAN_THHMS
plane
D_PLAN_HHD
D_PLAN_HHS
D_PLAN_HH2D
plane
plane
plane
D_PLAN_HH2S
plane
D_PLAN_THH2MD
plan
D_PLAN_THH2MS
plane
AXIS_HM
AXIS_HMD
AXIS_HMS
AXIS_HHM
AXIS_HHMD
axisymétrique
axisymétrique
axisymétrique
axisymétrique
axisymétrique
AXIS_HHMS
axisymétrique
AXIS_HH2MD
axisymétrique
AXIS_HH2MS
axisymétrique
AXIS_THHD
axisymétrique
AXIS_THHS
axisymétrique
MODELISATION
Manuel d'utilisation
Date : 16/04/2013 Page : 5/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Phénomènes pris en compte
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (lumpé)
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (sélective)
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (sousintégrée)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(lumpé)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(sélective)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (lumpé)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (sélective)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(lumpé)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (lumpé)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (2 phases : eau liquide et vapeur) (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (sélective)
hydraulique avec deux pressions inconnues (lumpé)
hydraulique avec deux pressions inconnues (sélective)
hydraulique avec deux pressions inconnues et deux
constituants par phase (lumpé)
hydraulique avec deux pressions inconnues et deux
constituants par phase (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues et deux constituants par phase (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues et deux constituants par phase (sélective)
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (lumpé)
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (sélective)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(lumpé)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(sélective)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (lumpé)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (sélective)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(lumpé)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(sélective)
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
AXIS_THH2D
Modélisation
géométrique
axisymétrique
AXIS_THH2S
axisymétrique
AXIS_THM
axisymétrique
AXIS_THMD
axisymétrique
AXIS_THMS
axisymétrique
AXIS_THVD
axisymétrique
AXIS_THHMD
axisymétrique
AXIS_THHMS
axisymétrique
AXIS_THH2MD
axisymétrique
AXIS_THH2MS
axisymétrique
AXIS_HHD
AXIS_HHS
AXIS_HH2D
axisymétrique
axisymétrique
axisymétrique
AXIS_HH2S
axisymétrique
3D_HM
3D_HMD
3D_HMS
3D_HM_SI
3D
3D
3D
3D
3D_HHM
3D_HHMD
3D
3D
3D_HHMS
3D
3D_HH2MD
3D
3D_HH2MS
3D
3D_THHD
3D
3D_THH2D
3D
3D_THH2S
3D
3D_THM
3D
3D_THMD
3D
3D_THMS
3D
3D_THVD
3D
3D_THHM
3D
3D_THHMD
3D
MODELISATION
Manuel d'utilisation
Date : 16/04/2013 Page : 6/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Phénomènes pris en compte
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (lumpé)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (2 phases : eau liquide et vapeur) (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues et deux constituants par phase (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues et deux constituants par phase (sélective)
hydraulique avec deux pressions inconnues (lumpé)
hydraulique avec deux pressions inconnues (sélective)
hydraulique avec deux pressions inconnues et deux
constituants par phase (lumpé)
hydraulique avec deux pressions inconnues et deux
constituants par phase (sélective)
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (lumpé)
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (sélective)
Mécanique, hydraulique avec une pression inconnue (sousintégrée)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(lumpé)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(sélective)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (lumpé)
Mécanique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (sélective)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues
(lumpé)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (lumpé)
Thermique, hydraulique avec deux pressions inconnues et
deux constituants par phase (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec une pression
inconnue (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (2 phases : eau liquide et vapeur) (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (lumpé)
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 7/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
3D_THHMS
Modélisation
géométrique
3D
3D_THH2MD
3D
3D_THH2MS
3D
3D_HHD
3D_HHS
3D_HH2D
3D
3D
3D
3D_HH2S
3D
MODELISATION
Phénomènes pris en compte
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues (sélective)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues et deux constituants par phase (lumpé)
Thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues et deux constituants par phase (sélective)
hydraulique avec deux pressions inconnues (lumpé)
hydraulique avec deux pressions inconnues (sélective)
hydraulique avec deux pressions inconnues et deux
constituants par phase (lumpé)
hydraulique avec deux pressions inconnues et deux
constituants par phase (sélective)
Tableau 2.1-1: Modélisations THM
Les inconnues principales qui sont aussi les valeurs des degrés de liberté, sont notées dans le cas de
la modélisation la plus complète (3D thermique, mécanique, hydraulique avec deux pressions
inconnues).
{}
ux
uy
ddl
uz
{u } =
ddl
PRE1
PRE2 ddl
T ddl
Le contenu de PRE1 et PRE2 dépend du couplage choisi et sera explicité dans la section 11.
Suivant la modélisation choisie, seuls certains de ces degrés de liberté existent. Le tableau ci-dessus
résume les degrés de liberté utilisés pour chaque modélisation.
MODELISATION
D_PLAN_HM(_,S,D,SI)
D_PLAN_HHM(_,S,D)
D_PLAN_HH2M(S,D)
D_PLAN_THH(S,D)
D_PLAN_THH2(S,D)
D_PLAN_THM(_,S,D)
D_PLAN_THV(_,S,D)
D_PLAN_THHM(S,D)
D_PLAN_THH2M(S,D)
D_PLAN_HH(S,D)
D_PLAN_HH2(S,D)
AXIS_HM(_,S,D)
AXIS_HHM(_,S,D)
AXIS_HH2M(S,D)
AXIS_THH(S,D)
AXIS_THH2(S,D)
AXIS_THM(_,S,D)
AXIS_THV(_,S,D)
AXIS_THHM(S,D)
AXIS_THH2M(S,D)
AXIS_HH (S,D)
Manuel d'utilisation
ux
uy
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
uz
PRE1 ddl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
PRE2 ddl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
T ddl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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Responsable : Sylvie GRANET
MODELISATION
AXIS_HH2(S,D)
3D_HM(_,S,D,SI)
3D_HHM(_,S,D)
3D_HH2M(S,D)
3D_THH(S,D)
3D_THH2D
3D_THM(_,S,D)
3D_THVD(_,S,D)
3D_THHM(_,S,D)
3D_THH2M(S,D)
3D_HH(S,D)
3D_HH2(S,D)
Date : 16/04/2013 Page : 8/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
ux
uy
uz
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
PRE1 ddl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
PRE2 ddl
T ddl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Les contraintes généralisées et les variables internes sont toutes indiquées en [§Annexe 1]. Les
notations utilisées sont celles définies dans [R7.01.11].
2.2
Définition du matériau
Le matériau est défini par la commande DEFI_MATERIAU comme dans l’exemple ci-dessous :
MATERBO=DEFI_MATERIAU(ELAS=_F(E=5.15000000E8,
NU=0.20,
RHO=2670.0,
ALPHA=0.,),
COMP_THM = 'LIQU_AD_GAZ_VAPE',
THM_LIQU=_F(RHO=1000.0,
UN_SUR_K=0.,
ALPHA=0.,
CP=0.0,
VISC=VISCOLIQ,
D_VISC_TEMP=DVISCOL,),
THM_GAZ=_F(MASS_MOL=0.01,
CP=0.0,
VISC=VISCOGAZ,
D_VISC_TEMP=ZERO,),
THM_VAPE_GAZ=_F(MASS_MOL=0.01,
CP=0.0,
VISC=VISCOGAZ,
D_VISC_TEMP=ZERO,),
THM_AIR_DISS=_F(
CP=0.0,
COEF_HENRY=HENRY
),
THM_INIT=_F(TEMP=300.0,
PRE1=0.0,
PRE2=1.E5,
PORO=1.,
PRES_VAPE=1000.0,
),
THM_DIFFU=_F(R_GAZ=8.32,
RHO=2200.0,
CP=1000.0,
BIOT_COEF=1.0,
SATU_PRES=SATUBO,
D_SATU_PRES=DSATBO,
PESA_X=0.0,
PESA_Y=0.0,
PESA_Z=0.0,
PERM_IN=KINTBO,
Manuel d'utilisation
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Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 9/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
PERM_LIQU=UNDEMI,
D_PERM_LIQU_SATU=ZERO,
PERM_GAZ=UNDEMI,
D_PERM_SATU_GAZ=ZERO,
D_PERM_PRES_GAZ=ZERO,
FICKV_T=ZERO,
FICKA_T=FICK,
LAMB_T=ZERO,
),);
Nous allons maintenant détailler chacun des mots clés. Nous ne nous attacherons pas ici à la partie
mécanique – si mécanique il y a - qui dépend de la loi de comportement choisie. On se reportera
pour cela à la documentation de DEFI_MATERIAU (U4.43.01).
2.2.1
Mot clé simple COMP_THM
Permet de sélectionner dès la définition du matériau la loi de couplage THM. Les lois possibles sont
♦
COMP_THM =
/
'GAZ'
/
/
/
/
/
/
/
/
‘LIQU_SATU‘
,
‘LIQU_GAZ‘
,
‘GAZ‘
,
‘LIQU_GAZ_ATM‘ ,
‘LIQU_AD_GAZ‘ ,
‘LIQU_VAPE_GAZ‘ ,
‘LIQU_AD_GAZ_VAPE‘ ,
‘LIQU_VAPE‘
,
Loi de comportement d’un gaz parfait c’est-à-dire vérifiant la relation P / =RT / Mv où P est
la pression,  la masse volumique, Mv la masse molaire, R la constante des gaz parfaits et
T la température (confer [R7.01.11] pour plus de détails). Pour un milieu saturé uniquement. Les
données nécessaires du champ matériau sont fournies dans l’opérateur DEFI_MATERIAU, sous le
mot clé THM_GAZ.
/
'LIQU_SATU'
Loi de comportement pour un milieux poreux saturé par un seul liquide (Cf. [R7.01.11] pour plus
de détails). Les données nécessaires du champ matériau sont fournies dans l’opérateur
DEFI_MATERIAU, sous le mot clé THM_LIQU.
/
'LIQU_GAZ_ATM'
Loi de comportement pour un milieu poreux non saturé avec un liquide et du gaz à pression
atmosphérique (confer [R7.01.11] pour plus de détails). Les données nécessaires du champ
matériau sont fournies dans l’opérateur DEFI_MATERIAU, sous les mots clés THM_LIQU et
THM_GAZ.
/
'LIQU_VAPE_GAZ'
Loi de comportement pour un milieu poreux non saturé eau/vapeur/air sec avec changement de
phase (confer [R7.01.11] pour plus de détails). Les données nécessaires du champ matériau sont
fournies dans l’opérateur DEFI_MATERIAU, sous les mots clés THM_LIQU, THM_VAPE et
THM_GAZ.
/
'LIQU_AD_GAZ_VAPE'
Loi de comportement pour un milieu poreux non saturé eau/vapeur/air sec/air dissous avec
changement de phase (confer [R7.01.11] pour plus de détails). Les données nécessaires du
champ matériau sont fournies dans l’opérateur DEFI_MATERIAU, sous les mots clés THM_LIQU,
THM_VAPE, THM_GAZ et THM_AIR_DISS.
/
'LIQU_AD_GAZ'
Manuel d'utilisation
Fascicule u2.04 : Mécanique non linéaire
Copyright 2015 EDF R&D - Document diffusé sous licence GNU FDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
/
Date : 16/04/2013 Page : 10/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Loi de comportement pour un milieu poreux non saturé eau/air sec/air dissous avec changement
de phase (confer [R7.01.11] pour plus de détails). Les données nécessaires du champ matériau
sont fournies dans l’opérateur DEFI_MATERIAU, sous les mots clés THM_LIQU, THM_GAZ et
THM_AIR_DISS.
'LIQU_VAPE'
Loi de comportement pour un milieux poreux saturé par un composant présent sous forme liquide
ou vapeur avec changement de phase (confer [R7.01.11] pour plus de détails). Les données
nécessaires du champ matériau sont fournies dans l’opérateur DEFI_MATERIAU, sous les mots
clés THM_LIQU et THM_VAPE. Cette loi n’est valable que pour les modélisations de type
THVD.
/
'LIQU_GAZ'
Loi de comportement pour un milieu poreux non saturé liquide/gaz sans changement de phase
(confer [R7.01.11] pour plus de détails). Les données nécessaires du champ matériau sont
fournies dans l’opérateur DEFI_MATERIAU, sous les mots clés THM_LIQU et THM_GAZ.
Le tableau ci-dessous résume les mots clés obligatoires pour les sous commandes explicitées dans
les sections suivantes en fonction de la loi de couplage choisie.
Légendes :
THM_INIT
PRE1
PRE2
PORO
TEMP
PRES_VAPE
THM_DIFFU
R_GAZ
RHO
BIOT_COEF
PESA_X
PESA_Y
PESA_Z
O Mot clé Obligatoire
T Mot clé obligatoire en Thermique
Mot clé inutile pour ce type de loi de couplage
F Utile pour la loi mais facultatif (défini par défaut)
LIQU_SAT
U
O
O
O
T
O
O
O
O
O
O
LIQU_GA
Z
O
O
O
O
T
O
O
O
O
O
O
O
SATU_PRES
D_SATU_PRES
GAZ
LIQU_GAZ_A
TM
O
O
LIQU_VAPE_G
AZ
O
O
O
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Si loi HYDR_UTIL (cf. chapitre 28) :
O
O
O
O
LIQU_AD_G
AZ_VAPE
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
LIQU_AD
_GAZ
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
LIQU_VAPE
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
PERM_LIQU
O
O
O
O
D_PERM_LIQU_SA
TU
PERM_GAZ
D_PERM_SATU_G
AZ
D_PERM_PRES_G
AZ
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
F
F
F
F
F
O
F
F
F
F
T
O
O
F
F
F
F
T
O
T
O
Si loi HYDR_VGM ou HYDR_VGC (cf. chapitre 28) :
O
O
O
O
O
VG_N
VG_PR
VG_SR
VG_SMAX
VG_SATUR
FICKV_T
FICKV_PV
FICKV_PG
FICKV_S
D_FV_T
D_FV_PG
FICKA_T
FICKA_PA
FICKA_PL
FICKA_S
D_FA_T
CP
PERM_IN/PERM_E
ND/PERM_X,PERM
Manuel d'utilisation
O
F
F
F
F
F
T
O
T
O
T
O
T
O
T
O
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
_Y, PERM_Z
LAMB_T
LAMB_S
LAMB_PHI
LAMB_CT
D_LB_T
D_LB_S
D_LB_PHI
THM_LIQU
RHO
UN_SUR_K
VISC
D_VISC_TEMP
ALPHA
CP
THM_GAZ
MASS_MOL
VISC
D_VISC_TEMP
CP
THM_VAPE_GAZ
MASS_MOL
CP
VISC
D_VISC_TEMP
THM_AIR_DISS
CP
COEF_HENRY
2.2.2
T
T
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
T
Date : 16/04/2013 Page : 11/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
T
T
T
T
T
T
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
T
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
T
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
T
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
T
O
O
O
O
O
T
T
O
O
O
O
T
O
O
O
O
O
O
O
O
Mot clé facteur THM_INIT
Pour tous les comportements Thermo-Hydro-Mécaniques, il permet de décrire un état de référence de
la structure (cf. [R7.01.10] et [R7.01.11]). Sa syntaxe est la suivante :
THM_INIT = _F (
◊ TEMP
♦ PRE1
◊ PRE2
♦ PORO
◊ PRES_VAPE
)
=
=
=
=
=
temp
pre1
pre2
poro
pvap
,
,
,
,
,
[R]
[R]
[R]
[R]
[R]
Pour bien comprendre ces données, il faut distinguer les inconnues aux nœuds, que nous appelons
{ u}
ddl
et les valeurs définies sous le mot clé THM_INIT que nous appelons
p ref et T ref
{}
ux
uy
ddl
uz
{u } =
PRE1 ddl
PRE2 ddl
T ddl
p w la pression
d’eau, p ad la pression d’air dissous, p lq la pression de liquide p lq = pw  p ad , p as , p vp la pression
de vapeur, p as la pression d’air sec et p g= pas pvp la pression totale de gaz et p c = p g − p lq la
La signification des inconnues PRE1 et PRE2 varie suivant les modèles. En notant
pression capillaire (aussi appelée succion), on a les significations suivantes des inconnues PRE1 et
PRE2
Comportement
KIT
PRE1
PRE2
Manuel d'utilisation
LIQU_SATU LIQU_GAZ_ATM
p lq
− p lq
GAZ
pg
LIQU_VAPE_GAZ
p c = p g − p lq
pg
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Responsable : Sylvie GRANET
Comportement
KIT
Date : 16/04/2013 Page : 12/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
LIQU_GAZ
PRE1
p c = p g − p lq
PRE2
pg
LIQU_VAPE
p lq
LIQU_AD_GAZ_VAPE
ou LIQU_AD_GAZ
p c = p g − p lq
pg
Tableau 2.2.3-1 : contenu de PRE1 et PRE2
On définit alors les pressions et la température « totales » par :
p= p ddl  pref ; T =T ddl T ref
Toutes les valeurs en entrée ou sortie (conditions aux limites ou résultat de IMPR_RESU ) sont les
inconnues nodales
p ddl et T ddl
.
Par contre ce sont les pressions et la température totale qui sont utilisées dans les lois de
comportement
d  l dpl
p R
=
T pour les gaz parfaits,
=
−3 l dT pour le liquide et dans la
Kl
 M
l
relation saturation/pression capillaire.
Notons que les valeurs nodales peuvent être initialisées par le mot clé ETAT_INIT de la commande
STAT_NON_LINE (cf. 2.3).
L’utilisateur doit être très prudent dans la définition des valeurs de THM_INIT : en effet, la définition
de plusieurs matériaux avec des valeurs différentes des quantités définies sous THM_INIT conduit à
des valeurs initiales discontinues de la pression et de la température, ce qui n’est en fait pas
compatible avec le traitement général qui est fait de ces quantités. Nous conseillons donc à
l’utilisateur la démarche suivante :
•
•
◊
si on a initialement un champ uniforme de pression ou de température, on le renseigne
directement par le mot clé THM_INIT,
si on a un champ non uniforme, on définit par exemple une référence par le mot clé
THM_INIT de la commande DEFI_MATERIAU, et les valeurs initiales par rapport à cette
référence par le mot clé ETAT_INIT de la commande STAT_NON_LINE (cf. 2.3).
TEMP
Température de référence
T ref . Elle est nécessaire pour les modélisations thermiques ainsi que
pour toutes les lois de comportement avec gaz. Pour les modélisations avec vapeur, elle
correspond à la température à laquelle est calculée la pression de vapeur saturante. Cette valeur
est exprimée en Kelvin et doit toujours être strictement positive.
La valeur de la température de référence entrée derrière le mot clé TEMP_REF de la
commande AFFE_MATERIAU est ignorée.
♦
PRE1
Comme vu dans le tableau 1 :
Pour les comportements LIQU_SATU , et LIQU_VAPE pression de liquide de référence.
Pour le comportement GAZ pression de gaz de référence. Dans ce cas elle doit être non nulle.
Pour le comportement LIQU_GAZ_ATM pression de liquide de référence changée de signe.
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ , LIQU_AD_GAZ, LIQU_AD_GAZ_VAPE et
LIQU_GAZ pression capillaire de référence.
◊
PRE2
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ, LIQU_AD_GAZ, LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_GAZ
pression de gaz de référence. Cette valeur doit être non nulle.
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♦
PORO
♦
Porosité initiale.
PRES_VAPE
Date : 16/04/2013 Page : 13/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Pression de vapeur de référence
LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_VAPE.
pour
les
comportements :
LIQU_VAPE_GAZ,
Remarques :
La pression initiale de vapeur doit être prise en cohérence avec les autres données.
Bien souvent, on part de la connaissance d’un état initial d’hygrométrie. Le degré
hygrométrique est le rapport entre la pression de vapeur et la pression de vapeur
saturante à la température considérée. On utilise alors la loi de Kelvin qui donne la
pression du liquide en fonction de la pression de vapeur, de la température et de la

ref

p w − pw
p
R
= ol T ln sat vp
pression de vapeur saturante :
. Cette relation n’est
w
M vp
pvp T 
valable que pour des évolutions isothermes. On souligne que
d’’équilibre auquel correspond
p ref
w correspond à un état
p sat
pv , cet état d’équilibre correspond en fait à
p 0w = p 0gz =1 atm . Pour des évolutions avec variation de température, connaissant une
loi donnant la pression de vapeur saturante à la température T 0 , par exemple :
sat
pv
p T 0

=10
2.7858
T 0− 273.5
31.5590.1354 T 0 −273.5
 , et un degré d’hygrométrie
HR , on en déduit
sat
la pression de vapeur grâce à p pv T 0 = HR p pv T 0 .
En outre, il ne faut jamais prendre une valeur de PRES_VAPE égale à zéro.
2.2.3
Mot clé facteur THM_LIQU
Ce mot clé concerne tous les comportements THM faisant intervenir un liquide (confer [R7.01.11]). Sa
syntaxe est la suivante :
THM_LIQU = _F (
♦
♦
♦
♦
◊
◊
)
♦
RHO
UN_SUR_K
VISC
D_VISC_TEMP
ALPHA
CP
=
=
=
=
=
=
rho
usk
vi
dvi
alp
cp
,
,
,
,
,
,
[R]
[R]
[fonction **]
[fonction **]
[R]
[R]
RHO
Masse volumique du liquide pour la pression définie sous le mot clé PRE1 du mot clé facteur
THM_INIT.
♦
UN_SUR_K
♦
Inverse de la compressibilité du liquide : K l .
VISC
[fonction**]
Viscosité du liquide. Fonction de la température.
♦
D_VISC_TEMP
[fonction**]
Dérivée de la viscosité du liquide par rapport à la température. Fonction de la température.
L’utilisateur doit assurer la cohérence avec la fonction associée à VISC.
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◊
Date : 16/04/2013 Page : 14/51
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ALPHA
l
Si p l désigne la pression du liquide, l sa masse volumique et T la température, le
dρl dpl
=
−3 l dT
comportement du liquide est :
l K l
Coefficient de dilatation (linéique) du liquide
◊
CP
Chaleur massique à pression constante du liquide.
2.2.4
Mot clé facteur THM_GAZ
Ce mot clé facteur concerne tous les comportements THM faisant intervenir un gaz (cf. [R7.01.11]).
Pour les comportements faisant intervenir à la fois un liquide et un gaz, et quand on prend en compte
l’évaporation du liquide, les coefficients renseignés ici concernent le gaz sec. Les propriétés de la
vapeur seront renseignées sous le mot clé THM_VAPE_GAZ. Sa syntaxe est la suivante :
THM_GAZ = _F (
♦
♦
♦
♦
♦
MASS_MOL
CP
VISC
D_VISC_TEMP
)
=
=
=
=
Mgs
cp
vi
dvi
,
,
,
,
[R]
[R]
[fonction **]
[fonction **]
MASS_MOL
Masse molaire du gaz sec.
M gs
p gs désigne la pression du gaz sec,  gs sa masse volumique, R la constante des gaz
p gs RT
=
parfaits et T la température, le comportement du gaz sec est :
.
gs M gs
Si
♦
CP
Chaleur massique à pression constante du gaz sec.
♦
VISC
[fonction**]
Viscosité du gaz sec. Fonction de la température.
♦
D_VISC_TEMP
[fonction**]
Dérivée par rapport à la température de la viscosité du gaz sec. Fonction de la température.
L’utilisateur doit assurer la cohérence avec la fonction associée à VISC.
2.2.5
Mot clé facteur THM_VAPE_GAZ
Ce mot clé facteur concerne tous les comportements THM faisant intervenir à la fois un liquide et un
gaz, et prenant en compte l’évaporation du liquide (cf. [R7.01.11]). Les coefficients renseignés ici
concernent la vapeur. La syntaxe est la suivante :
THM_VAPE_GAZ = _F
♦
♦
♦
♦
♦
(
MASS_MOL
CP
VISC
D_VISC_TEMP
)
MASS_MOL
Manuel d'utilisation
=
=
=
=
m
cp
vi
dvi
,
,
,
,
[R]
[R]
[fonction **]
[fonction **]
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
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Masse molaire de la vapeur.
♦
Date : 16/04/2013 Page : 15/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
M vp
CP
Chaleur massique à pression constante de la vapeur.
♦
VISC
[fonction**]
Viscosité de la vapeur. Fonction de la température.
♦
D_VISC_TEMP
[fonction**]
Dérivée par rapport à la température de la viscosité de la vapeur. Fonction de la température.
L’utilisateur doit assurer la cohérence avec la fonction associée à VISC.
2.2.6
Mot clé facteur THM_AIR_DISS
Ce mot clé facteur concerne le comportement THM THM_AIR_DISS prenant en compte la dissolution
de l’air dans le liquide (cf. [R7.01.11]). Les coefficients renseignés ici concernent l’air dissous. La
syntaxe est la suivante :
THM_AIR_DISS = _F
(
♦ CP
♦ COEF_HENRY
)
♦
= cp
= kh
,
,
[R]
[fonction **]
CP
Chaleur massique à pression constante de l’air dissous.
♦
COEF_HENRY
Constante de Henry
K H , permettant de relier la concentration molaire d’air dissous C olad (
moles / m3 ) à la pression d’air sec :
C olad =
p as
KH
Remarque :
La constante de Henry que nous utilisons ici s’exprime en Pa. m 3 . mol −1 . Dans la littérature
il existe différentes manières d’écrire la loi de Henry. Par exemple dans les Benchmarks de
P as M olas
=
 avec la concentration d’air dans
H Mw w
a
l’eau que l’on peut ramener à une masse volumique telle que  l =  ad . H est un
Mw
coefficient qui s’exprime en Pa . Il faudra dans ces cas écrire l’équivalence K H = H
w
l'Andra, la loi de Henry est donnée par
2.2.7
a
l
Mot clé facteur THM_DIFFU
Obligatoire pour tous les comportements THM (cf. [R7.01.11]). L’utilisateur doit s’assurer de la
cohérence des fonctions et de leur dérivée. La syntaxe est la suivante :
THM_DIFFU
◊
♦
◊
♦
♦
Manuel d'utilisation
= _F
(
R_GAZ
RHO
CP
BIOT_COEF
PESA_X
=
=
=
=
=
rgaz
rho
cp
bio
px
,
,
,
,
,
[R]
[R]
[R]
[R]
[R]
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Code_Aster
Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
♦
♦
♦
PESA_Y
= py
,
PESA_Z
= pz
,
/PERM_IN
= perm ,
/|PERMIN_X
= ox,
|PERMIN_Y
= oy,
|PERMIN_Z
= ox,
/
◊ SATU_PRES
= sp
,
◊ D_SATU_PRES
= dsp ,
◊ PERM_LIQU
= perml,
◊ D_PERM_LIQU_SATU = dperm,
◊ PERM_GAZ
= permg,
◊ D_PERM_SATU_GAZ = dpsg ,
◊ D_PERM_PRES_GAZ = dppg ,
/ ◊ VG_N
= vgn ,
◊
VG_PR
= pr
,
◊
VG_SR
= sr
,
◊
VG_SMAX
= smax ,
◊
VG_SATUR
= stur ,
[R]
[R]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[fonction]
[R]
[R]
[R]
[R]
[R]
◊
◊
FICKV_T
FICKV_PV
◊
FICKV_PG
◊
FICKV_S
◊
D_FV_T
◊
D_FV_PG
◊
◊
FICKA_T
FICKA_PA
◊
FICKA_PL
◊
FICKA_S
◊
D_FA_T
◊
LAMB_T
◊
LAMB_S
◊
LAMB_PHI
◊
LAMB_CT
◊
D_LB_S
◊
D_LB_T
◊
D_LB_PHI
◊
EMMAG
)
[fonction]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[fonction]
[DEFAUT]
[R]
◊
♦
Date : 16/04/2013 Page : 16/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
= fvt
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= fat
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= /
/
= em
,
fvpv ,
1
,
fvpg
,
1
,
fvs
,
1
,
dfvt
,
0
,
dfvgp ,
0
,
,
fapv
,
1
,
fapg
,
1
,
fas ,
1
,
dfat
,
0
,
lambt ,
0
lambs ,
1
,
lambp ,
1
,
lambct ,
0
,
dlambs ,
0
,
dlambt ,
0
,
dlambp ,
0
,
,
R_GAZ
Constante des gaz parfaits.
Manuel d'utilisation
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Code_Aster
Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
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Clé : U2.04.05
Révision : 10886
RHO
Pour les comportements hydrauliques masse volumique homogénéisée initiale [R7.01.11].
◊
CP
Pour les comportements thermiques, chaleur massique à contrainte constante du solide seul (des grains).
Remarque :
Attention il s’agit ici de la chaleur massique uniquement et non pas de «  C p », comme
c’est fait pour d’autres commandes thermiques. La masse volumique des grains est calculée
dans le code à partir de la masse volumique homogénéisée [R7.01.11].
♦
BIOT_COEF
Coefficient de Biot.
♦
PESA_X, PESA_Y, PESA_Z
Pesanteur selon x, y et z
Remarque :
La pesanteur définie ici est celle utilisée dans l’équation de Darcy uniquement. Quand il y a
des calculs mécaniques, la pesanteur est également définie dans AFFE_CHAR_MECA .Cette
remarque s’applique bien sur pour les trois composantes de la pesanteur.
◊
PERM_IN
[fonction**]
Perméabilité intrinsèque fonction de la porosité dans le cas isotrope.
La perméabilité au sens classique K , dont la dimension est celle d’une vitesse se calcule de la
façon suivante :
K int K rel
 l g où K int est la perméabilité intrinsèque, K rel la perméabilité relative, m la
m
viscosité, l la masse volumique du liquide et g l’accélération de la pesanteur.
K=
◊
PERMIN_X, PERMIN_Y, PERMIN_Z
[fonction**]
Dans le cas orthotrope, composantes en x,y,z du tenseur de perméabilité intrinsèque. Dans ce
cas, les 3 sont obligatoires.
◊
SATU_PRES
[fonction**]
Pour les comportements de matériaux non saturés (LIQU_VAPE_GAZ, LIQU_GAZ,
LIQU_GAZ_ATM, LIQU_AD_GAZ , LIQU_AD_GAZ_VAPE), isotherme de saturation fonction de
la pression capillaire. Uniquement pour les lois de couplage HYDR_UTIL ou HYDR_ENDO (voir
section 28).
Remarque :
Pour des raisons numériques, il faut éviter que la saturation atteigne la valeur 1. Aussi il est
très fortement recommandé de multiplier la fonction capillaire (comprise généralement entre
0 et 1) par 0,999.
◊
D_SATU_PRES
[fonction**]
Pour les comportements de matériaux non saturés (LIQU_VAPE_GAZ, LIQU_GAZ,
LIQU_GAZ_ATM), dérivée de la saturation par rapport à la pression. Uniquement pour les lois de
couplage HYDR_UTIL ou HYDR_ENDO (voir section 28).
◊
PERM_LIQ
[fonction**]
Perméabilité relative au liquide : fonction de la saturation. Uniquement pour les lois de couplage
HYDR_UTIL ou HYDR_ENDO (voir section 28).
Manuel d'utilisation
Fascicule u2.04 : Mécanique non linéaire
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
◊
D_PERM_LIQ_SATU
Date : 16/04/2013 Page : 18/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
[fonction**]
Dérivée de la Perméabilité relative au liquide par rapport à la saturation : fonction de la
saturation. Uniquement pour les lois de couplage HYDR_UTIL ou HYDR_ENDO (voir section 28).
◊
PERM_GAZ
[fonction**]
Perméabilité relative au gaz : fonction de la saturation et de la pression de gaz. Uniquement pour
les lois de couplage HYDR_UTIL ou HYDR_ENDO (voir section 28).
◊
D_PERM_SATU_GAZ
[fonction**]
Dérivée de la perméabilité au gaz par rapport a la saturation : fonction de la saturation et de la
pression de gaz. Uniquement pour les lois de couplage HYDR_UTIL ou HYDR_ENDO (voir section
28).
◊
D_PERM_PRES_GAZ
[fonction**]
Dérivée de la perméabilité au gaz par rapport a la pression de gaz : fonction de la saturation et de
la pression de gaz. Uniquement pour les lois de couplage HYDR_UTIL ou HYDR_ENDO (voir
section 28).
◊
VG_N
[I]
Pour les comportements de matériaux non saturés ( LIQU_VAPE_GAZ , LIQU_AD_GAZ ,
LIQU_AD_GAZ_VAPE , LIQU_GAZ , LIQU_GAZ_ATM) et dans le cas où la loi hydraulique est
HYDR_VGM ou HYDR_VGC (voir section 28 ), désigne le paramètre N de la loi de Mualem VanGenuchten servant à définir la pression capillaire et les perméabilités relatives à l’eau et au gaz.
◊
VG_PR
[R]
Pour les comportements de matériaux non saturés( LIQU_VAPE_GAZ , LIQU_AD_GAZ ,
LIQU_AD_GAZ_VAPE , LIQU_GAZ , LIQU_GAZ_ATM) et dans le cas où la loi hydraulique est
HYDR_VGM ou HYDR_VGC (voir section 28 ), désigne le paramètre Pr de la loi de Mualem
Van-Genuchten servant à définir la pression capillaire et les perméabilités relatives à l’eau et au
gaz.
◊
VG_SR
[R]
Pour les comportements de matériaux non saturés
LIQU_AD_GAZ_VAPE , LIQU_GAZ , LIQU_GAZ_ATM)
HYDR_VGM ou HYDR_VGC (voir section 28 ), désigne
de la loi de Mualem Van-Genuchten servant à définir
relatives à l’eau et au gaz.
◊
VG_SMAX
( LIQU_VAPE_GAZ , LIQU_AD_GAZ ,
et dans le cas où la loi hydraulique est
le paramètre Sr de saturation résiduelle
la pression capillaire et les perméabilités
[R]
Pour les comportements de matériaux non saturés ( LIQU_VAPE_GAZ , LIQU_AD_GAZ ,
LIQU_AD_GAZ_VAPE , LIQU_GAZ , LIQU_GAZ_ATM) et dans le cas où la loi hydraulique est
HYDR_VGM ou HYDR_VGC (voir section 28 ), désigne la saturation maximum pour laquelle on
applique la loi de Mualem Van-Genuchten. Au delà de cette saturation les courbes de MualemVan Genuchten sont interpolées. Cette valeur doit être très proche de 1.
◊
VG_SATUR
[R]
Pour les comportements de matériaux non saturés ( LIQU_VAPE_GAZ , LIQU_AD_GAZ ,
LIQU_AD_GAZ_VAPE , LIQU_GAZ , LIQU_GAZ_ATM) et dans le cas où la loi hydraulique est
HYDR_VGM ou HYDR_VGC (voir section 28 ). Au delà de la saturation définie par VG_SMAX, la
saturation est multipliée par ce facteur correctif. Cette valeur doit être très proche de 1 (voir doc.
R7.01.11).
◊
FICKV_T
Manuel d'utilisation
[fonction**]
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 19/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ et LIQU_AD_GAZ_VAPE, partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la température pour la diffusion de la vapeur dans le mélange
gazeux. Le coefficient de Fick pouvant être fonction de la saturation , la température, la pression
de gaz et la pression de vapeur, on le définit comme un produit de 4 fonctions : FICKV_T,
FICKV_S, FICKV_PG, FICKV_VP. Seul FICKV_T est obligatoire pour les comportements
LIQU_VAPE_GAZ et LIQU_AD_GAZ_VAPE. Voir remarque en section 20.
◊
FICKV_S
[fonction**]
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ et LIQU_AD_GAZ_VAPE, partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la saturation pour la diffusion de la vapeur dans le mélange
gazeux. Dans le cas où on utilise cette fonction, on recommande de prendre FICKV_S(1) = 0.
Voir remarque en section 20.
◊
FICKV_PG
[fonction**]
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ et LIQU_AD_GAZ_VAPE, partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la pression de gaz pour la diffusion de la vapeur dans le mélange
gazeux. Voir remarque en section 20.
◊
FICKV_PV
[fonction**]
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ et LIQU_AD_GAZ_VAPE, partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la pression de vapeur pour la diffusion de la vapeur dans le
mélange gazeux. Voir remarque en section 20.
◊
D_FV_T
[fonction**]
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ et LIQU_AD_GAZ_VAPE, dérivée du coefficient
FICKV_T par rapport à la température. Voir remarque en section 20.
◊
D_FV_PG
[fonction**]
Pour les comportements LIQU_VAPE_GAZ et LIQU_AD_GAZ_VAPE, dérivée du coefficient
FICKV_PG par rapport à la pression de gaz. Voir remarque en section 20.
◊
FICKA_T
[fonction**]
Pour les comportement LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_AD_GAZ , partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la température pour la diffusion de l’air dissous dans le mélange
liquide. Le coefficient de Fick pouvant être fonction de la saturation , la température, la pression
d’air dissous et la pression de liquide, on le définit comme un produit de 4 fonctions : FICKA_T,
FICKA_S, FICKV_PA, FICKV_PL. Dans le cas de LIQU_AD_GAZ_VAPE, seul FICKA_T est
obligatoire. Voir remarque en section 20.
◊
FICKA_S
[fonction**]
Pour les comportement LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_AD_GAZ, partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la saturation pour la diffusion de l’air dissous dans le mélange
liquide. Voir remarque en section 20.
◊
FICKA_PA
[fonction**]
Pour les comportement LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_AD_GAZ, partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la pression d’air dissous pour la diffusion de l’air dissous dans le
mélange liquide. Voir remarque en section 20.
◊
FICKA_PL
[fonction**]
Pour les comportement LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_AD_GAZ, partie multiplicative du
coefficient de Fick fonction de la pression de liquide pour la diffusion de l’air dissous dans le
mélange liquide. Voir remarque en section 20.
◊
D_FA_T
Manuel d'utilisation
[fonction**]
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
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Date : 16/04/2013 Page : 20/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Pour les comportement LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_AD_GAZ, dérivée du coefficient
FICKA_T par rapport à la température. Voir remarque en section 20.
◊
LAMB_T
[fonction**]
Partie multiplicative de la conductivité thermique du mélange dépendant de la température (Voir
remarque en section 20.). Cette opérande est obligatoire dans le cas thermique.
◊
LAMB_S
[fonction**]
Partie multiplicative (égale à 1 par défaut) de la conductivité thermique du mélange dépendant
de la saturation (Voir remarque en section 20).
◊
LAMB_PHI
[fonction**]
Partie multiplicative (égale à 1 par défaut) de la conductivité thermique du mélange dépendant de
la porosité (cf. [§2.2.9]).
◊
LAMB_CT
[fonction**]
Partie de la conductivité thermique du mélange constante et additive (cf. [§2.2.9]). Cette
constante est égale à zéro par défaut.
◊
D_LB_T
[fonction**]
Dérivée de la partie de la conductivité thermique du mélange dépendant de la température par
rapport a la température.
◊
D_LB_S
[fonction**]
Dérivée de la partie de la conductivité thermique du mélange dépendant de la saturation.
◊
D_LB_PHI
[fonction**]
◊
Dérivée de la partie de la conductivité thermique du mélange dépendant de la porosité.
EMMAG
[fonction**]
Coefficient d’emmagasinement. Ce coefficient n’est pris en compte que dans les cas des
modélisations sans mécanique.
2.2.8
Récapitulatif des fonctions de couplages et leur dépendance
Les tableaux ci-dessous rappellent les différentes fonctions et leurs éventuelles dépendances et
obligations.
Mot clé facteur THM_LIQU
♦
RHO
♦
UN_SUR_K
◊
ALPHA
◊
CP
♦
VISC
♦
D_VISC_TEMP
0lq
1
K lq
lq
C lqp
lq  T 
∂lq  T 
∂T
Mot clé facteur THM_GAZ
Manuel d'utilisation
♦
MASS_MOL
◊
CP
M olas
C asp
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♦
VISC
♦
D_VISC_TEMP
Date : 16/04/2013 Page : 21/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
as  T 
∂as  T 
∂T
Mot clé facteur THM_VAPE_GAZ
♦
MASS_MOL
M olVP
♦
CP
C vpp
♦
VISC
♦
D_VISC_TEMP
vp  T 
∂vp  T 
∂T
Mot clé facteur THM_AIR_DISS
♦
CP
♦
COEF_HENRY
C adp
KH
Mot clé facteur THM_INIT
◊
TEMP
init
♦
PRE1
init
◊
PRE2
♦
PORO
◊
PRES_VAPE
T
P1
init
P2
0

p 0vp
•Mot clé facteur THM_DIFFU
Manuel d'utilisation
R
r0
C s
b
S lq  p c 
◊
♦
R_GAZ
RHO
◊
CP
♦
◊
BIOT_COEF
SATU_PRES
◊
D_SATU_PRES
♦
PESA_X
♦
PESA_Y
F my
♦
PESA_Z
F mz
◊
PERM_IN
◊
PERM_LIQU
K int   
k rel
lq  S lq 
∂ S lq  p c 
∂ pc
m
Fx
◊
D_PERM_LIQU_SATU
∂ k lqrel  S lq 
∂ S lq
◊
PERM_GAZ
k rel
gz  S lq , p gz 
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 22/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
◊
D_PERM_SATU_GAZ
∂ k rel
gz  S lq , p gz 
∂ S lq
◊
D_PERM_PRES_GAZ
∂ k rel
gz  S lq , p gz 
∂ p gz
◊
FICKV_T
f Tvp T 
◊
FICKV_S
f Svp  S 
◊
FICKV_PG
f vpgz  P g 
◊
FICKV_PV
f vp
vp  P vp 
◊
D_FV_T
∂ f Tvp T 
∂T
◊
D_FV_PG
gz
∂ f vp
 P gz 
∂ P gz
◊
FICKA_T
f Tad T 
◊
FICKA_S
f Sad  S 
◊
FICKA_PA
f ad
ad  P ad 
◊
FICKA_PL
f lqad  P lq 
◊
D_FA_T
◊
LAMB_T
◊
D_LB_T
◊
LAMB_PHI
◊
D_LB_PHI
◊
LAMB_S
◊
D_LB _S
◊
LAMB_CT
∂ f Tad  T 
∂T
T
T T 
∂TT  T 
∂T
T
 
ref
pinit
pinit
− p atm
w − pl
¿ init h =
= w
ρw
ρw
m
init
T
¿ init
h =L T =chaleur latente de vaporisation

S  S  vp
T
¿∂
init
hm =0
S  Sas
m
¿ init
∂ Shad =0
TCT
m
w
Remarque :
Dans le cas où il y a de la thermique :
T est fonction de la porosité, de la saturation et de la température et est donnée sous la
forme du produit de trois fonctions :
T
T = T  .TS  S lq  .TT  T  Tcte avec λ T  T  (c.a.d LAMB_T ) obligatoire et les autres
T
fonctions par défaut prises égales à un, sauf λ cte =0 .
Pour le coefficient de Fick du mélange gazeux, dans le cas LIQU_VAPE_GAZ et
vp
gz
T
S
LIQU_AD_GAZ_VAPE F vp  P vp , P gz , T , S = f vp  P vp . f vp  P gz . f vp T . f vp  S  avec
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 23/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
f Tvp T  obligatoire, les autres fonctions étant prises par défaut égales à un, et les dérivées
égales à zéro. On négligera les dérivées par rapport à la pression de vapeur et à la
saturation.
Dans les cas LIQU_AD_GAZ_VAPE et LIQU_AD_GAZ,le coefficient de Fick du mélange
ad
lq
T
S
liquide sera sous la forme : F ad  P ad , P lq ,T , S = f ad  P ad  . f ad  P lq . f ad  T . f ad  S 
T
, avec f ad T  obligatoire, les autres fonctions étant prises par défaut égales à un, et la
dérivée égale à zéro. On ne considère que la dérivée par rapport à la température (les
autres sont de toutes façons prises égales à zéro).
Manuel d'utilisation
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Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
Responsable : Sylvie GRANET
2.3
Date : 16/04/2013 Page : 24/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Initialisation du calcul
Pour définir un état initial, il faut définir un état de contraintes généralisées (aux éléments),
des inconnues nodales et des variables internes.
Dans le mot clé THM_INIT de DEFI_MATERIAU , on définit des valeurs de référence
pour les inconnues nodales.
Par le mot clé DEPL du mot clé facteur ETAT_INIT de la commande STAT_NON_LINE, on
affecte le champ d’initialisation des inconnues nodales.
Par le mot clé SIGM du mot clé facteur ETAT_INIT de la commande STAT_NON_LINE ,
on affecte le champs d’initialisation des contraintes.
Par le mot clé VARI du mot clé facteur ETAT_INIT on affecte (éventuellement) le
champs d’initialisation des variables internes.
•
•
•
•
Afin de préciser les choses, on rappelle à quelle catégorie de variables appartient chaque grandeur
physique (ces grandeurs physiques existant ou non suivant la modélisation choisie) :
Inconnues
nodales
Contraintes
aux points
de Gauss
p c , p g , plq ,T , u x ,u y , u z
 'xx , 'yy ,  'zz , 'xy ,  'xz , 'yz ,  p ,
m w ,M w ,M w M w , m vp ,M vp ,M vp M vp , m as ,M as ,M as M as ,
x
y
x
m
w
m
vp
y
m
as
z
m
ad
x
y
z
'
m ad ,M ad ,M ad M ad , h , h , h , h , Q , q x , q y , q z
 , lq , pvp , S lq
x
Variables
internes
z
y
z
La correspondance entre nom de composante Aster et grandeur physique est explicitée en
[§Annexe 1].
L’initialisation des inconnues nodales ainsi que la différence entre état initial et état de référence ont
été décrites et détaillées dans la section 11. On rappelle néanmoins que p= p ddl pref pour les
pressions PRE1 et PRE2 et
ref
T =T ddl T ref pour les températures, où p et T ref sont définis sous le
mot clé THM_INIT de la commande DEFI_MATERIAU.
Le mot clé DEPL du mot clé facteur ETAT_INIT de la commande STAT_NON_LINE définit les valeurs
ddl
initiales de { u } . Les valeurs initiales des masses volumiques de la vapeur et de l’air sec sont
définies à partir des valeurs initiales des pressions de gaz et de vapeur (valeurs lues sous le mot clé
THM_INIT de la commande DEFI_MATERIAU). On remarque que, pour les déplacements, la
décomposition u= u ddl u ref
n’est pas faite : le mot clé THM_INIT de la commande
DEFI_MATERIAU ne permet donc pas de définir des déplacements initiaux. La seule façon d’initialiser
les déplacements est donc de leur donner une valeur initiale par le mot clé facteur ETAT_INIT de la
commande STAT_NON_LINE.
Concernant les contraintes, les champs à renseigner sont les contraintes indiquées en annexe I
suivant la modélisation choisie.
Les valeurs initiales des enthalpies, qui appartiennent aux contraintes généralisées sont définies à
partir du mot clé SIGM du mot clé facteur ETAT_INIT de la commande STAT_NON_LINE.
L’introduction des conditions initiales est très importante, pour les enthalpies. En pratique, on peut
raisonner en considérant que l’on a trois états pour les fluides :
•
•
•
Manuel d'utilisation
l’état courant,
l’état de référence : c’est celui des fluides à l’état libre. Dans cet état de référence, on peut
considérer que les enthalpies sont nulles,
l’état initial : il doit être en équilibre thermodynamique. Pour les enthalpies de l’eau et de la
vapeur, on devra prendre :
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Responsable : Sylvie GRANET
Date : 16/04/2013 Page : 25/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
ref
pinit
p init
− p atm
w − pl
h =
= w
w
w
init m
init
hvp =L T =chaleur latente de vaporisation
init m
has =0
init m
had =0
init
et avec
m
w
L  T  = 2500800−2443  T −273.15  J / kg
Remarque :
La pression initiale de vapeur devra être prise en cohérence avec ces choix (cf 13).
Concernant les contraintes mécaniques, la partition des contraintes en contraintes totale et effective
s’écrit :
= ' p 1
 est la contrainte totale, c'est à dire celle qui vérifie : Div    rF m= 0
 ' est la contrainte effective. Pour les lois de contraintes effectives : d  '= f  d −0 dT ,   , où
1
T
=  ∇ u ∇ u  et  représente les variables internes.
2
 p se calcule en fonction des pressions hydrauliques. L’écriture adoptée est incrémentale et, si l’on
veut que la valeur de  p soit cohérente avec la valeur p ref (PRE1) définie sous le mot clé
THM_INIT, il faut initialiser  p par le mot clé SIGM du mot clé facteur ETAT_INIT de la commande
où
STAT_NON_LINE.
Exemple :
Les champs de déplacements initialisés dans ETAT_INIT peuvent être définis de la manière
suivante :
CHAMNO=CREA_CHAMP(MAILLAGE=MAIL,
OPERATION='AFFE',
TYPE_CHAM='NOEU_DEPL_R',
AFFE=(_F(TOUT='OUI',
NOM_CMP='TEMP',
VALE=0.0,),
_F(GROUP_NO='SURFBO',
NOM_CMP='PRE1',
VALE=7.E7,),
_F(GROUP_NO='SURFBG',
NOM_CMP='PRE1',
VALE=3.E7,),
_F(GROUP_NO='SURFBO',
NOM_CMP='PRE2',
VALE=0.0,),
_F(GROUP_NO='SURFBG',
NOM_CMP='PRE2',
VALE=0.0,),),);
Et les champs de contrainte de la manière suivante:
SIGINIT=CREA_CHAMP(MAILLAGE=MAIL,
OPERATION='AFFE',
TYPE_CHAM='CART_SIEF_R',
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Code_Aster
Titre : Notice d'utilisation du modèle THM
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Date : 16/04/2013 Page : 26/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
AFFE=(_F(GROUP_MA='BO',
NOM_CMP=
('SIXX','SIYY','SIZZ','SIXY','SIXZ',
'SIYZ','SIP','M11','FH11X','FH11Y','ENT11',
'M12','FH12X','FH12Y','ENT12',
'QPRIM','FHTX','FHTY','M21',
'FH21X','FH21Y','ENT21',
'M22','FH22X', 'FH22Y','ENT22',),
VALE=
(0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,
0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,
0.0,0.0,0.0, 2500000.0,
0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,
0.,0.,0.,0.),),),);
2.4
Chargements et conditions aux limites
Toutes les conditions aux limites ou chargement sont affectés via la commande AFFE_CHAR_MECA
[U4.44.01]. Les chargements sont ensuite activés par le mot clé facteur EXCIT de la commande
STAT_NON_LINE.
De manière classique, deux types de conditions aux limites sont possibles :
•
•
•
Des conditions de type Dirichlet qui consistent à imposer sur une partie de frontière des
ddl
valeurs fixées pour des inconnues principales appartenant à { u }
(et non u= u ddl uinit )
pour cela on utilise le mot clé facteur DDL_IMPO ou FACE_IMPO de AFFE_CHAR_MECA.
Des conditions de type Neumann qui consistent à imposer des valeurs aux « quantités
duales », soit en ne disant rien (flux nuls en hydraulique et thermique), soit en leur donnant
une valeur via les mots clés FLUN, FLUN_HYDR1 et FLUN_HYDR2 du mot clé facteur
FLUX_THM_REP de la commande AFFE_CHAR_MECA. Ce flux est ensuite multiplié par une
fonction du temps (par défaut égale à 1) appelée par FONC_MULT dans le sous mot clé EXCIT
de la commande STAT_NON_LINE. FLUN, FLUN_HYDR1 et FLUN_HYDR2 représentent
respectivement les flux thermiques, les flux d'eau et les flux de composant gazeux (cf, fin du
paragraphe).
Les conditions mécaniques en contraintes totales  . n sont elles données via PRES_REP de
la commande AFFE_CHAR_MECA. On se référera à la documentation de cette commande
pour en connaître les possibilités.
D’un point de vue syntaxique les conditions de Dirichlet s’appliquent donc comme sur l’exemple
suivant
DIRI=AFFE_CHAR_MECA(MODELE=MODELE,
DDL_IMPO=(_F(GROUP_NO=’GAUCHE’,
TEMP=0.0,),
_F(TOUT='OUI',
PRE2=0.0,),
_F(GROUP_NO=’GAUCHE’,
PRE1=0.0,),
_F(TOUT='OUI',
DX=0.0,),
_F(TOUT='OUI',
DY=0.0,),
_F(TOUT='OUI',
DZ=0.0,),
),)
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Pour les conditions de Neuman, la syntaxe sera alors comme sur l’exemple suivant :
NEU1=AFFE_CHAR_MECA(MODELE=MODELE,
FLUX_THM_REP=_F(GROUP_MA='DROIT',
FLUN=200.,
FLUN_HYDR1=0.0,
FLUN_HYDR2=0.0),);
NEU2=AFFE_CHAR_MECA(MODELE=MODELE,
PRES_REP=_F(GROUP_MA='DROIT',
PRES=2.,),);
On définit ensuite la fonction multiplicative que l’on veut appliquer, par exemple à
NEU1 :
FLUX=DEFI_FONCTION(NOM_PARA='INST',
VALE=
(0.0, 386.0,
315360000.0, 312.0,
9460800000.0,12.6),);
Les chargements sont ensuite activés dans STAT_NON_LINE via le mot clé EXCIT de la manière
suivante :
EXCIT=(
_F(CHARGE=DIRI,),
_F(CHARGE=NEU2,),
_F(CHARGE=NEU1,
FONC_MULT=FLUX,),
),
FLUN correspond à la valeur du flux de chaleur ; FLUN_HYDR1 et FLUN_HYDR2 correspondent aux
valeurs des flux hydrauliques associés aux pressions PRE1 et PRE2 . S’il n’y a pas d’ambiguïté
pour la thermique ou la mécanique, en revanche les inconnues principales hydrauliques PRE1 et PRE2
changent suivant le couplage choisi. Comme on le rappelle ci-dessous
Comportement
PRE1
LIQU_SATU
p lq
LIQU_VAPE
LIQU_GAZ_ATM
p lq
GAZ
− p lq
pg
PRE2
LIQU_VAPE_GAZ
LIQU_GAZ
LIQU_AD_GAZ_VA
PE
LIQU_AD_GAZ
p c= p g − p lq
pg
Les flux associés sont :
ext
ext
Pour PRE1, FLUN_HYDR1 :  M w M vp  . n= M w  M vp
Pour PRE2, FLUN_HYDR2 :
 M ad M as . n= M extad M ext
as
Nous allons donc résumer les diverses possibilités en distinguant le cas où on impose des valeurs à
PRE1 et/ou PRE2 et celui où on travaille sur des combinaisons des 2. On signale qu’on peut bien sûr
avoir différents types de conditions aux limites suivant les morceaux de frontière (groupes de nœuds
ou de mailles) que l’on traite. Pour un aperçu plus complet et plus détaillé de la manière dont sont
traitées les conditions aux limites dans le cas non saturé, on se reportera à la note reproduite dans
l’annexe 2.
•
Cas des conditions aux limites faisant intervenir les inconnues principales PRE1 et
PRE2
On résume ici le cas habituel où on impose des valeurs à PRE1 et/ou PRE2.
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•
•
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Dirichlet sur PRE1 et Dirichlet sur PRE2
L’utilisateur impose une valeur à PRE1 et PRE2 ; les flux sont des résultats de
calcul.
Dirichlet sur PRE1 et Neuman sur PRE2
L’utilisateur impose une valeur à PRE1 et une valeur au flux associé à PRE2 en ne
disant rien sur PRE2 ou en donnant une valeur à FLUN_HYDR2.
Dirichlet sur PRE2 et Neuman sur PRE1
L’utilisateur impose une valeur à PRE2 et une valeur au flux associé à PRE1 en ne
disant rien sur PRE1 ou en donnant une valeur à FLUN_HYDR1.
Neuman sur PRE2 et Neuman sur PRE1
Les deux flux sont imposés soit en ne disant rien sur PRE1 et/ou PRE2 (flux nuls)
soit en donnant une valeur à FLUN_HYDR1 et/ou FLUN_HYDR2
Cas des conditions aux limites faisant intervenir une relation linéaire entre les
inconnues principales PRE1 et PRE2
Il est également possible de manier des combinaisons linéaires de PRE1 et PRE2. Il faut
toutefois manier cela avec précaution de manière à partir d’un problème correctement posé.
La syntaxe de cet opérateur est détaillée dans la documentation de AFFE_CHAR_MECA,
l’exemple ci-dessous illustre ce type de condition:
P_DDL=AFFE_CHAR_MECA(MODELE=MODELE,
LIAISON_GROUP=(_F(
GROUP_NO_1= 'BORDS',
GROUP_NO_2= 'BORDS',
DDL_1='PRE1',
DDL_2='PRE2',
COEF_MULT_1 = x,
COEF_MULT_2 = y.,
COEF_IMPO =z,),),
);
Cette commande signifie que sur la frontière définie par le groupe de nœuds
pressions PRE1 et PRE2 sont reliées par la relation linéaire
BORDS , les
x PRE1 y PRE2= z
Remarque :
Les flux imposés sont des quantités scalaires qui peuvent s’appliquer sur une ligne
ou une surface interne au solide modélisé. Dans ce cas, ces conditions aux limites
correspondent à une source.
2.5
Le calcul non linéaire
La résolution peut être effectuée de 2 manières :
1.la méthode du couplage : c'est la plus fiable, la plus robuste et la plus ancienne
2.la méthode du chaînage : c'est une nouvelle stratégie, adaptée pour les problèmes faiblement
couplés et pour les problèmes ne pouvant pas être résolus actuellement par la méthode du
couplage.
Ex :
•calcul avec la loi de comportement mécanique 'ENDO_HETEROGENE', qui n'est pas disponible
dans le kit THM
•calcul avec les modélisations hydrauliques diphasiques en volumes finis, qui ne sont pas
disponibles dans le kit THM couplées avec la mécanique
Le cœur de la résolution est la commande 'STAT_NON_LINE'. A cette commande on affecte le
modèle (mot clé MODELE), les matériaux (mot clé CHAM_MATER), le/les chargements (mot clé EXCIT)
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et l’état initial (mot clé ETAT_INIT) que l’on a définis par toutes les commandes décrites
précédemment.
Pour les informations générales concernant cette commande et sa syntaxe, on se reportera à sa
documentation. On précise juste que la méthode de calcul est une méthode de Newton. On ne parle
donc ci-dessous que de ce qui est spécifique aux calculs THM à savoir les mots clés facteurs
RELATION et RELATION_KIT du mot clé COMP_INCR qui sont étroitement liés.
Attention :
Sous le mot clé facteur NEWTON, on doit mettre une matrice de type 'TANGENTE' et non
'ELASTIQUE' .
On présente d'abord des exemples d'utilisation pour les deux stratégies de résolution.
2.5.1
Résolution par couplage
Dans ce cas, la résolution est effectuée par une seule commande STAT_NON_LINE :
U0=STAT_NON_LINE(MODELE=MODELE,
CHAM_MATER=CHMAT0,
EXCIT=(
_F(CHARGE=T_IMP,),
_F(CHARGE=CALINT,
FONC_MULT=FLUX,),),
COMP_INCR=_F(RELATION='KIT_THHM',
RELATION_KIT=
('ELAS','LIQU_GAZ' ,'HYDR_UTIL'),),
ETAT_INIT=_F(DEPL=CHAMNO,
SIGM=SIGINIT),
INCREMENT=_F(LIST_INST=INST1,),
NEWTON=_F(MATRICE='TANGENTE',REAC_ITER=1,),
CONVERGENCE=_F(RESI_GLOB_RELA=1.E-06,
ITER_GLOB_MAXI=15,
ITER_INTE_MAXI=5,),
ARCHIVAGE=_F(PAS_ARCH=1,),);
2.5.2
Résolution par chaînage
La résolution par chaînage s'applique actuellement aux problèmes Hydro-Mécaniques saturés
uniquement. On rappelle d'abord les équations de ce problème :
−∇⋅ '  ub ∇ p=0
∂ t  ∇⋅M lq =0
où la porosité  suit la loi de comportement
d =bd ∇⋅u
b−
dp .
Ks
Dans le cadre du chaînage, on résout séparément les problèmes mécanique et hydraulique. La
communication entre les deux calculs s'effectue via des variables de commande ('PTOT' et
'DIVU'). Pour le problème mécanique, la variable de commande 'PTOT' joue le rôle de la donnée
de pression . Pour le problème hydraulique, la variable de commande 'DIVU' joue le rôle de la
donnée de déformation volumique.
Ces variables de commande sont calculées par la commande CHAINAGE_THM.
La méthode illustrée ci-dessous est un algorithme basique de chaînage pur de calculs (résolution
hydraulique à l'instant 1, résolution mécanique à l'instant 1, résolution hydraulique à l'instant 2,
résolution mécanique à l'instant 2, etc …). On pourrait envisager des algorithmes plus compliqués (de
type point fixe ou gradient conjugué non linéaire) mais cela complexifie d'autant la mise en données
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dans le fichier de commandes. La question de la convergence de tels algorithmes n'est pas non plus
du tout acquise !
La solution mécanique finale est DEPLA et la solution hydraulique est PRELIQ.
# boucle sur les pas de temps
for k in range(1,lenlinst) :
UNPAS=DEFI_LIST_REEL(DEBUT=listinst[k-1],
INTERVALLE=_F(JUSQU_A=listinst[k],
NOMBRE=1,),);
UNPASSUB =DEFI_LIST_INST(DEFI_LIST=_F(LIST_INST =UNPAS ),
ECHEC=_F(
SUBD_METHODE='MANUEL',
SUBD_PAS = 4,
SUBD_NIVEAU=5,),);
if (k>1) :
DEFVHY=CHAINAGE_THM(RESULTAT=DEPLA,INFO=1,
MODELE=MODHYD,
MATR_PROJECTION=MATPROJ,
TYPE_CHAINAGE='MECA_HYDR',
INST=listinst[k],);
MATEHY=AFFE_MATERIAU(MAILLAGE=MAIL,
AFFE=_F(TOUT='OUI',
MATER=MATERIAU,),
AFFE_VARC=_F(NOM_VARC='DIVU',
EVOL=DEFVHY,),);
else :
MATEHY=AFFE_MATERIAU(MAILLAGE=MAIL,
AFFE=_F(TOUT='OUI',
MATER=MATERIAU,),);
if (k==1) :
PRELIQ=STAT_NON_LINE(MODELE=MODHYD,
CHAM_MATER=MATEHY,
EXCIT=_F(CHARGE=CHARHYD,),
SOLVEUR=_F(METHODE='MUMPS',PCENT_PIVOT=100,),
CONVERGENCE=_F(ITER_GLOB_MAXI=50,),
ARCHIVAGE=_F(LIST_INST=UNPAS,),
COMP_INCR=_F(RELATION='KIT_H',
RELATION_KIT=('LIQU_SATU','HYDR_UTIL',),),
INCREMENT=_F(LIST_INST=UNPASSUB,),);
else :
PRELIQ=STAT_NON_LINE(reuse=PRELIQ,
MODELE=MODHYD,
CHAM_MATER=MATEHY,
EXCIT=_F(CHARGE=CHARHYD,),
SOLVEUR=_F(METHODE='MUMPS',PCENT_PIVOT=100,),
ARCHIVAGE=_F(LIST_INST=UNPAS,),
ETAT_INIT=_F(EVOL_NOLI=PRELIQ,
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INST=listinst[k-1]),
CONVERGENCE=_F(ITER_GLOB_MAXI=50,),
COMP_INCR=_F(RELATION='KIT_H',
RELATION_KIT=('LIQU_SATU','HYDR_UTIL',),),
INCREMENT=_F(LIST_INST=UNPASSUB,),);
if (k>1) :
DETRUIRE(INFO=1,CONCEPT=_F(NOM=(REPTOT,MATEME,),),);
REPTOT=CHAINAGE_THM(RESULTAT=PRELIQ,
MODELE=MODMEC,
TYPE_CHAINAGE='HYDR_MECA',
TYPE_RESU='EVOL_VARC',
INST=listinst[k],);
MATEME=AFFE_MATERIAU(MAILLAGE=MAIL,
AFFE=_F(TOUT='OUI',
MATER=MATERIAU,),
AFFE_VARC=_F(TOUT='OUI',
EVOL=REPTOT,
NOM_VARC='PTOT',),);
if (k==1) :
DEPLA=STAT_NON_LINE(MODELE=MODMEC,
CHAM_MATER=MATEME,
EXCIT=_F(CHARGE=CHARMEC,),
COMP_INCR=_F(RELATION='ELAS',),
INCREMENT=_F(LIST_INST=UNPASSUB,),
ARCHIVAGE=_F(LIST_INST=UNPAS,),
NEWTON=_F(MATRICE='TANGENTE',
REAC_ITER=10,),
CONVERGENCE=_F(ITER_GLOB_MAXI=10,),
SOLVEUR=_F(METHODE='MUMPS',PCENT_PIVOT=100,),);
else :
DEPLA=STAT_NON_LINE(reuse=DEPLA,
MODELE=MODMEC,
CHAM_MATER=MATEME,
EXCIT=_F(CHARGE=CHARMEC,),
ARCHIVAGE=_F(LIST_INST=UNPAS,),
COMP_INCR=_F(RELATION='ELAS',),
ETAT_INIT=_F(EVOL_NOLI=DEPLA,
INST=listinst[k-1]),
INCREMENT=_F(LIST_INST=UNPASSUB,),
NEWTON=_F(MATRICE='TANGENTE',
REAC_ITER=10,),
CONVERGENCE=_F(ITER_GLOB_MAXI=10,),
SOLVEUR=_F(METHODE='MUMPS',PCENT_PIVOT=100,),);
if (k>1) :
DETRUIRE(INFO=1,CONCEPT=_F(NOM=(DEFVHY,),),);
DETRUIRE(INFO=1,CONCEPT=_F(NOM=(UNPAS,UNPASSUB,MATEHY,),),);
2.5.3
Conseils généraux d'utilisation
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RELATION est renseigné par des relations de types KIT_XXXX qui permettent de résoudre
simultanément de deux à quatre équations d’équilibre. Les équations considérées dépendent du
suffixe XXXX avec la règle suivante :
M désigne l’équation d’équilibre mécanique,
T désigne l’équation d’équilibre thermique,
H désigne une équation d’équilibre hydraulique,
V désigne la présence d’une phase sous forme vapeur (en plus du liquide).
Une seule lettre H signifie que le milieu poreux est saturé (une seule variable de pression p ), par
exemple soit de gaz, soit de liquide, soit d’un mélange liquide/gaz (dont la pression du gaz est
constante).
Deux lettres H signifient que le milieu poreux est non saturé (deux variables de pression p ), par
exemple un mélange liquide/vapeur/gaz.
La présence des deux lettres HV signifie que le milieu poreux est saturé par un composant (en
pratique de l’eau), mais que ce composant peut être sous forme liquide ou vapeur. Il n’y a alors
qu’une équation de conservation de ce composant, donc un seul degré de liberté pression, mais il y a
un flux liquide et un flux vapeur. Les relations possibles sont alors les suivantes :
/
/
/
/
/
/
/
'KIT_HM'
'KIT_THM'
'KIT_HHM'
'KIT_THH'
'KIT_THV'
'KIT_THHM'
'KIT_HH'
Le tableau ci-dessous résume à quel kit correspond chaque modélisation :
KIT_HM
KIT_THM
KIT_HHM
KIT_THH
KIT_THV
KIT_THHM
KIT_HH
D_PLAN_HM, D_PLAN_HMD, D_PLAN_HMS, D_PLAN_HM_SI, AXIS_HM,
AXIS_HMD, AXIS_HMS, 3D_HM, 3D_HMD , 3D_HMS, 3D_HM_SI
D_PLAN_THM, D_PLAN_THMD, D_PLAN_THMS, AXIS_THM, AXIS_THMD,
AXIS_THMS, 3D_THM, 3D_THMD, 3D_THMS
D_PLAN_HHM, D_PLAN_HHMD, D_PLAN_HHMS, AXIS_HHM, AXIS_HHMD,
AXIS_HHMS,
3D_HHM,
3D_HHMD,
3D_HHMS,
D_PLAN_HH2MD,
AXIS_HH2MD, 3D_HH2MD, D_PLAN_HH2MS, AXIS_HH2MS, 3D_HH2MS
D_PLAN_THHD, D_PLAN_THHS, AXIS_THHD, AXIS_THHS, 3D_THHD,
3D_THHS, D_PLAN_THH2D, AXIS_THH2D, 3D_THH2D, D_PLAN_THH2S,
AXIS_THH2S, 3D_THH2S
D_PLAN_THVD , AXIS_THVD, 3D_THVD
D_PLAN_THHMD, D_PLAN_THHMS, AXIS_THHMD, AXIS_THHMS, 3D_THHM,
3D_THHMD, 3D_THHMS, D_PLAN_THH2MD, AXIS_THH2MD, 3D_THH2MD,
D_PLAN_THH2MS, AXIS_THH2MS, 3D_THH2MS
D_PLAN_HHD,
AXIS_HHD,
3D_HHD,
D_PLAN_HH2D,
AXIS_HH2D,
3D_HH2D,
D_PLAN_HHS,
AXIS_HHS,
3D_HHS,
D_PLAN_HH2S,
AXIS_HH2S,
3D_HH2S
Pour chaque phénomène modélisé (hydraulique et/ou mécanique), on doit préciser dans
RELATION_KIT :
•
Le modèle de comportement mécanique du squelette s’il y a modélisation mécanique (M),
/
/
/
/
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'ELAS’
'CJS'
'HUJEUX'
'CAM_CLAY'
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/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
•
'BARCELONE'
'LAIGLE'
'LETK'
'DRUCK_PRAGER'
'DRUCK_PRAG_N_A'
'VISC_DRUCK_PRAG'
'ELAS_GONF'
'HOEK_BROWN_TOT'
'HOEK_BROWN_EFF'
'MAZARS'
'ENDO_ISOT_BETON'
Le comportement des liquides/gaz ,(le même que celui indiqué dans COMP_THM sous
DEFI_MATERIAU, cf. [§2.2.2])
/
/
/
/
/
/
/
/
•
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'LIQU_SATU’
'LIQU_GAZ’
'GAZ'
'LIQU_GAZ_ATM'
'LIQU_VAPE_GAZ'
'LIQU_AD_GAZ_VAPE'
'LIQU_AD_GAZ'
'LIQU_VAPE'
Concernant le comportement hydraulique, l’utilisateur dispose actuellement de 4 choix :
/
/
/
/
•
•
•
'HYDR_UTIL’
'HYDR_ENDO’
'HYDR_VGM'
'HYDR_VGC'
Soit il choisit HYDR_UTIL : ce mot clé permet alors de renseigner la courbe de
saturation et sa dérivée en fonction de la pression capillaire ainsi que la perméabilité
relative et sa dérivée en fonction de la saturation. L’utilisateur rentre ces courbes via
une série de formules ensuite appelée par DEFI_MATERIAU (cf 15).
Soit il choisit HYDR_ENDO : c'est la même chose mais permet l'utilisation des lois avec
endommagement 'MAZARS' et 'ENDO_ISOT_BETON' (la perméabilité est alors couplée à
l'endommagement).
Soit il choisit HYDR_VGM ou HYDR_VGC ce qui signifie que les lois de capillarité et
perméabilités obéiront au modèle de Mualem-Van-Genuchten prédéfini dans le code,
autrement dit, la capillarité est donnée par une loi de Van Genuchten :
S −S wr
1
et m=1−
n
1−S wr
1
S we =
m
  P n 
c
 1 +   
  P r  
S we =
La perméabilité relative à l’eau s’exprime alors en intégrant le modèle de prédiction
proposé par Mualem (1976) dans le modèle de capillarité de Van-Genuchten :

k wr = S we 1− 1−S we1/ m 
m

2
La perméabilité au gaz est formulée de façon similaire par une loi de parker pour
HYDR_VGM :
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Clé : U2.04.05
Révision : 10886
2m
k rgz =  1−S we   1−S we1 / m 
ou par une loi cubique pour HYDR_VGC :
k rgz =1−S 3
avec dans tous les cas les paramètres
DEFI_MATERIAU :
n,
Pr ,
Swr ,
Smax définis dans
n correspond au paramètre VG_N
Pr correspond au paramètre VG_PR
Swr correspond au paramètre VG_SR
A cela doivent être rajoutés deux paramètres supplémentaires correspondant à un
traitement que l’on effectue sur ces courbes :
Smax qui correspond au paramètre VG_SMAX
CSAT qui correspond au paramètre VG_SATUR
Nous allons maintenant expliciter ce qu’est ce traitement et ce que sont CSAT et Smax
. Pour SSmax , ces courbes sont interpolées par un polynôme de degré 2, C1 en
Smax , de manière à éviter d’avoir à traiter des dérivées de valeurs infinies. En effet,
pour S=1 :
∂ k wr S 
=∞
∂S
et dans le cas de HYDR_VGM :
∂ k rgz  S 
=∞
∂S
Pour éviter d’avoir à traiter ce problème (qui n’a a priori pas de signification physique) on remplace
ces fonctions à partir d’une saturation Smax par un polynôme du second ordre C1 en ce point.
w
Ce qui donne pour la fonction k r  S  :
S=Smax , on détermine le polynôme PL S  tel que
PL S max =k wr  S max 
et PL1=0
∂ k wr
PL' S max =
S max 
∂S
w
Pour SSmax , k r  S  est remplacé par PL S  .
gz
Et, dans le cas de HYDR_VGM, pour k r  S  :
Pour S=Smax , on détermine le polynôme PG  S  tel que
Pour
{
{
PG  S max =k rgz  S max 
gz
et PG  0=1
∂kr
PG ' S max =
 S max 
∂S
gz
Pour SSmax , k r  S  est remplacé par PG  S  comme l'exemple Figure 2.5.3-a.
Dans le cas d'une loi cubique, aucun traitement spécial n'est nécessaire.
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P e r m é a b il it é r e l a t iv e a u g a z
3 ,0 0 E -0 2
V a n - G e n u c h te n
2 ,5 0 E -0 2
V a n - G e n u c h te n +
P r o lo n g e m e n t C 1
2 ,0 0 E -0 2
1 ,5 0 E -0 2
1 ,0 0 E -0 2
5 ,0 0 E -0 3
0 ,0 0 E + 0 0
0 ,9 8 5
0 ,9 9 5
1
S m a x = 0 ,9 9
Figure 2.5.3-a: Exemple de prolongement d'une perméabilité
relative
Pour la succion S  Pc  et pour PcPcmin (avec S  Pcmin=Smax ) on prolonge la
courbe S  Pc  par une hyperbole telle que la courbe soit C1 en ce point :
Pour SSmax :
A
B−P c
Avec A et B tels que la courbe soit C1 en Smax .
S  Pc =1−
On a donc bien une courbe décroissante qui tend vers 1 quand Pc tend vers −∞ . Ce
traitement nous permet de gérer des pressions capillaires négatives dans Code_Aster
(voir l'exemple Figure 2.5.3-b).
S (P c )
1
S
0 ,8
0 ,6
0 ,4
- 5 ,0 0 E + 0 0 ,0 0 E + 0 0 5 ,0 0 E + 0 6 1 ,0 0 E + 0 7 1 ,5 0 E + 0 7 2 ,0 0 E + 0 7 2 ,5 0 E + 0 7 3 ,0 0 E + 0 7
6
Pc
Figure 2.5.3-b: Exemple de prolongement pour PC<0
S  Pc  est ensuite multipliée par un coefficient « de sécurité » CSAT de manière à ce
que la saturation n’atteigne jamais 1 (problème que l’on ne sait pas traiter).
Conseil : on conseille une valeur de CSAT le plus proche possible de 1 (
0,99999 par exemple).
Attention :
Selon le KIT_XXXX choisi, tous les comportements ne sont pas licites (par exemple si on
choisit un milieux poreux non saturé, on ne peut pas affecter un comportement de type gaz
parfait). toutes les combinaisons possibles sont résumées ci-dessous
Manuel d'utilisation
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KIT_HM
KIT_THM
KIT_HM
KIT_THM
KIT_HHM
KIT_THHM
KIT_HHM
KIT_THHM
KIT_THH
KIT_HH
KIT_THV
Mécanique
'ELAS’,'CJS','HUJEUX' ‘LAIGLE’,
‘CAM_CLAY’,’DRUCK_PRAGER’,'LEK'
,
'DRUCK_PRAG_N_A’,
’VISC_DRUCK_PRAG’, 'ELAS_GONF',
‘HOEK_BROWN_TOT’,
‘HOEK_BROWN_EFF’,
‘MAZARS’, ‘ENDO_ISOT_BETON’,
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Couplage hydraulique
‘GAZ’, ‘LIQU_SATU’,
’LIQU_GAZ_ATM’
‘GAZ’, ‘LIQU_SATU’,
’LIQU_GAZ_ATM’
'ELAS’,'CJS','HUJEUX' ‘LAIGLE’, ‘LIQU_GAZ’,’LIQU_VAPE_
‘CAM_CLAY’,’DRUCK_PRAGER’,'DRUC GAZ’,
K_PRAG_N_A’, ’VISC_DRUCK_PRAG’, ’LIQU_AD_VAPE_GAZ’
'ELAS_GONF',,'LEK',
’LIQU_AD_GAZ’
‘HOEK_BROWN_TOT’,
‘HOEK_BROWN_EFF’,'BARCELONE'
‘MAZARS’, ‘ENDO_ISOT_BETON’,
‘LIQU_GAZ’,’LIQU_VAPE_
GAZ’,
’LIQU_AD_VAPE_GAZ’
’LIQU_AD_GAZ’
‘LIQU_GAZ’,’LIQU_VAPE_
GAZ’,
’LIQU_AD_VAPE_GAZ’
’LIQU_AD_GAZ’
’LIQU_VAPE’
Loi hydraulique
‘HYDR_UTIL’
‘HYDR_ENDO’
‘HYDR_UTIL’
‘HYDR_VGM’
‘HYDR_VGC’
‘HYDR_ENDO’
‘HYDR_UTIL’
‘HYDR_VGM’
‘HYDR_VGC’
‘HYDR_UTIL’
Remarque :
En cas de problème de convergence, il peut être très utile d’activer la recherche linéaire. La
recherche linéaire n’améliore cependant pas systématiquement la convergence, elle est donc
à manier avec précaution.
2.6
Le post-traitement
2.6.1
Généralités
Le post-traitement des données en THM ne varie pas du post-traitement Aster habituel. On rappelle
juste que pour toute impression des valeurs aux nœuds qui ne sont pas les inconnues nodales, il est
nécessaire de calculer ces valeurs par la commande CALC_CHAMP dont on donne un exemple ciaprès.
Pour les contraintes :
U0=CALC_CHAMP(reuse =U0,
MODELE=MODELE,
CHAM_MATER=CHMAT0,
TOUT_ORDRE='OUI',
CONTRAINTE=('SIGM_ELNO'),
RESULTAT=U0,);
Pour les variables internes :
U0=CALC_CHAMP(reuse =U0,
MODELE=MODELE,
CHAM_MATER=CHMAT0,
TOUT_ORDRE='OUI',
VARI_INTERNE=('VARI_ELNO'),
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RESULTAT=U0,);
Il faut toutefois rappeler que toutes les valeurs de déplacements en sorties correspondent à
non u=u ddl u ref .
u ddl et
Il est également important de connaître le nom des contraintes et les numéros des variables internes.
Tout cela est consigné dans l’annexe I.
Ainsi l’exemple suivant permet d’imprimer la masse d’eau liquide sur le groupe de nœuds HAUT à
tous les instants.
TAB1=POST_RELEVE_T(ACTION=_F(INTITULE='CONT',
GROUP_NO=(‘HAUT’),
RESULTAT=U0,
NOM_CHAM='SIEF_ELNO',
TOUT_ORDRE='OUI',
NOM_CMP=('M11'),
OPERATION='EXTRACTION',),);
IMPR_TABLE(TABLE=TAB1,
FICHIER='RESULTAT',
FORMAT='AGRAF',
PAGINATION='INST',
NOM_PARA=('INST','COOR_X','M11'),);
L’exemple suivant permet d’imprimer les valeurs de porosité au nœud 1 et au premier instant.
TAB2=POST_RELEVE_T(ACTION=_F(INTITULE='DEPL',
NOEUD='NO1',
RESULTAT=U0,
NOM_CHAM='VARI_ELNO',
NUME_ORDRE=1,
NOM_CMP=('V2'),
OPERATION='EXTRACTION',),);
IMPR_TABLE(TABLE=TAB2,
FICHIER='RESULTAT',
FORMAT='AGRAF',
PAGINATION='INST',
NOM_PARA=('INST','COOR_X','V2'),);
2.6.2
Variables internes
Outre les généralités proposées ci-dessus, il existe désormais un moyen plus convivial d''extraire les
variables internes (cf doc U4.81.01). Pour cela des champs ont été créés dont le principe est d'extraire
du champ VARI_ELGA (ou VARI_ELNO pour les champs calculés aux nœuds) la variable interne qui
nous intéresse via un mot clé plus parlant que V1 , V2 , ...
En tant que post-traitement ces champs sont calculés par CALC_CHAMP. La syntaxe à utiliser est la
suivante :
•pour un champ aux éléments cham_elem
GAMP=CALC_CHAMP(RESULTAT=U0,
OPTION='VAEX_ELNO',
NOM_VARI='GAMP');
•pour un champ aux nœuds cham_no :
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GAMP=CALC_CHAMP(reuse=GAMP,
RESULTAT=GAMP,
VARI_INTERNE='VAEX_NOEU');
Puisqu'il s'agit juste d'extraire une (et une seule!!) variable interne, les cham_elem correspondants
doivent avoir été calculés au préalable :
U0=CALC_CHAMP(reuse =U0,
MODELE=MODELE,
CHAM_MATER=CHMAT0,
TOUT_ORDRE='OUI',
VARI_INTERNE=('VARI_ELNO'),
RESULTAT=U0,);
La liste des différents noms symboliques des variables internes est :
"DPORO"
"DRHOLQ"
"DPVP"
"SATLIQ"
"EVP"
"IND_ETA"
"D"
"IND_END"
"TEMP_MAX"
"GAMP"
"PCR"
"SEUIL_HYD"
"IND_HYD"
"PCOHE"
"COMP_ROC"
"SEUIL_ISO"
"ANG_DEV"
"X11"
"X22"
"X33"
"X12"
"X13"
"X23"
"DIST_DEV"
"DEV_SUR_CRIT"
"DIST_ISO"
"NB_ITER"
"ARRET"
"NB_REDE"
"SIGNE"
variation de la porosité du matériau
variation de la masse volumique du matériau
variation de la pression de vapeur
saturation du liquide
déformation plastique volumique cumulée
Indicateur d'état mécanique
Valeur de l'endommagement
Indicateur d'endommagement
Température maximale
Déformation déviatoire plastique cumulée
Pression critique
Seuil hydrique
Indicateur d'irréversibilité hydrique
Pression de cohésion
Comportement de la roche
Seuil isotrope
Angle du seuil déviatoire
Composantes du tenseur d'écrouissage cinématique
Composantes du tenseur d'écrouissage cinématique
Composantes du tenseur d'écrouissage cinématique
Composantes du tenseur d'écrouissage cinématique
Composantes du tenseur d'écrouissage cinématique
Composantes du tenseur d'écrouissage cinématique
Distance normalisée au seuil déviatoire
Rapport entre le seuil déviatoire et le seuil déviatorique
critique
Distance normalisée au seuil isotrope
Nombre d'itérations internes
Valeur du test local d'arrêt du processus itératif
Nombre de redécoupage local du pas de temps
Signe du produit contracté de la contrainte déviatorique par la
déformation plastique déviatorique
Remarque :
Lorsque la variable à extraire ne fait pas partie des variables internes des lois concernées,
une alarme est émise mais le champ est tout de même affecté à R8VIDE().
2.6.3
Isovaleurs
Attention : distinction résolution linéaire et maillage quadratique
On rappelle que pour tout problème THM et afin d’éviter toute ambiguïté pour l’utilisateur, le maillage
utilisé est toujours quadratique. En revanche la résolution du problème hydraulique et thermique est
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linéaire : les inconnues
maillage.
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PRE1 , PRE2 et TEMP n’existent donc que sur les nœuds sommets du
A l’issue du calcul, on obtient un résultat sous cette forme:
•Les pressions PRE1 , PRE2 et les températures TEMP sont sur les nœuds sommets des
éléments.
•Les variables internes, les contraintes sont sur les points de gauss et/ou les nœuds du maillage
quadratique (suivant que l'on soit en sélectif ou en lumpé) et les déplacements mécaniques sont
sur les sommets et les nœuds milieux.
Il y a donc un conflit entre les maillages quadratiques et les calculs linéaires ce qui va poser un
problème par exemple pour tracer des isovaleurs.
Il existe alors une manière simple de s’affranchir de ce problème en projetant l’ensemble des résultats
sur le maillage linéaire issu du maillage quadratique. Ainsi tous les résultats seront définis au même
endroit (sur les sommets).
Pour
TEMP , PRE1 et PRE2 , il suffit de projeter comme sur l’exemple suivant :
## projection du maillage quadratique sur le maillage linéaire :
MAILQ4 = CREA_MAILLAGE(
MAILLAGE = MAIL,
QUAD_LINE = _F(TOUT = 'OUI'),
)
## affectation du modèle correspondant :
MODELQ4=AFFE_MODELE(MAILLAGE=MAILQ4,
AFFE=_F(TOUT='OUI',
PHENOMENE='MECANIQUE',
MODELISATION='D_PLAN',),);
## projection du résultat sur ce nouveau modèle :
RESULIN = PROJ_CHAMP(
METHODE='ELEM',
RESULTAT=resu,
MODELE_1=MODELQ8,
MODELE_2=MODELQ4,
NOM_CHAM ='DEPL',
TOUT_ORDRE='OUI')
## post-traitement habituel mais sur le maillage linéaire :
IMPR_RESU(FORMAT='MED',
RESU=_F(
RESULTAT=RESULIN,
NUME_ORDRE=(1,10,20,),
NOM_CMP
= ('PRE1','PRE2',),
MAILLAGE=MAILQ4,),);
Il existe une méthode alternative, qui peut s'avérer plus rapide pour les grosses études industrielles.
Cette méthode utilise MACR_ADAP_MAIL. On suppose que resu est composé de nbinst
instants stockés dans la liste linst. Le post-traitement précédent peut également se faire de la
manière suivante :
PRE
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= [None]*nbinst;
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PREB = [None]*nbinst;
for k in range(nbinst) :
PRE[k]=CREA_CHAMP(TYPE_CHAM='NOEU_DEPL_R',
OPERATION='EXTR',
RESULTAT=resu,
NOM_CHAM='DEPL',
INST=linst[k],);
motcle1={}
motcle2={}
motcle1['MAJ_CHAM']=[]
motcle2['AFFE']=[]
for k in range(nbinst) :
PREB[k] =CO('PREB_%d' % (k))
motcle1['MAJ_CHAM'].append(
_F(TYPE_CHAM='NOEU_DEPL_R',CHAM_GD = PRE[k],
CHAM_MAJ = PREB[k],),);
motcle2['AFFE'].append(
_F(CHAM_GD=PREB[k],INST=linst[k],),);
MACR_ADAP_MAIL( ADAPTATION='MODIFICATION',DEGRE='OUI',
MAILLAGE_N
= MAILQ8,
MAILLAGE_NP1 = CO('MAILQ4'),
**motcle1);
RESULINB=CREA_RESU(OPERATION='AFFE',TYPE_RESU='EVOL_NOLI',NOM_CHAM='DEPL',*
*motcle2);
2.7
Quelques cas tests
A titre informatif, on récapitule ici quelques cas tests disponibles dans la base de Code_Aster. Cette liste n'est
absolument pas exhaustive mais permet d'accéder directement à un certain nombre d'exemples représentatifs.
Nom
de Type
de Phénomène
cas-test
modélisation THM représenté
Wtna109a AXIS_THVD
Désaturation
par
chauffage d’un milieu
sans air
Wtna110a AXIS_HH2MS
Modélisation
d’un
gonflement
d’une
argile
AXIS_THMS
Wtna107
Chauffage d’un milieu
saturé (THM)
Wtnp117a D_PLAN_HHS
Rééquilibrage
capillaire
de
2
matériaux (BO/BG)
Wtnp118a D_PLAN_HH2D
Rééquilibrage
gravitaire
d’une
colonne
Wtnp112a D_PLAN_HHD
Resaturation
d’une
colonne (hypothèse
de Richards)
Wtnp101a D_PLAN_HM
Modélisation
d’un
Manuel d'utilisation
Modélisation
géométrique
axisymétrique
Loi de couplage
axisymétrique
LIQU_AD_GAZ_VAPE
axisymétrique
LIQU_SATU
plane
LIQU_GAZ
plane
LIQU_AD_GAZ_VAPE
plane
LIQU_GAZ_ATM
plane
GAZ
LIQU_VAPE
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Wtnl100a
D_PLAN_HMD
D_PLAN_HM_SI
Wtnv123a
3D_HHM
Wtnp113a
D_PLAN_THHD
Wtnv121a
3D_HHMD
Wtnv130a
3D_THH2S
3
milieu saturé en gaz
Problème
de
consolidation
(Therzagi)
Essai hydrostatique
puis triaxial à succion
fixe
(modèle
de
Barcelone)
Resaturation
d’une
alvéole par le massif
Mouillage du béton
avec
endommagement
Chauffage d’un milieu
poreux
avec
air
dissous
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plane
LIQU_SATU
3D
LIQU_GAZ
plane
LIQU_GAZ
3D
LIQU_GAZ
3D
LIQU_AD_GAZ_VAPE
Les modélisations THM par une approche second gradient
Les modélisations de type second gradient et second gradient de dilatation sont décrites dans la documentation
[R5.04.03] dans le cadre des milieux poreux. Leur utilisation est indispensable lorsque les lois de
comportements mécaniques modélisent une dégradation du matériau – on parle de lois adoucissantes. En
effet, dans ce cas, les solutions dépendent du maillage y compris lorsque le milieu est couplé avec les
équations de l’hydraulique.
L’intégration numérique de ces modèles a suivi un protocole atypique lors de sa mise en œuvre pour faciliter
son utilisation dans Code_Aster. Ainsi, la partie régularisante (second gradient) est définie comme un patch
qu’il suffit de « coller » sur la structure à modéliser. On décrit ci-dessous les étapes à suivre pour produire une
telle simulation.
1) Définition du patch
2) Choix du modèle
3) Définition du matériau
4) Conditions aux limites
5) Calcul
3.1
Définition du patch
Pour la simulation d’une étude THM par une approche de type second gradient, il faut définir un maillage
quadratique pour la discrétisation de la structure, puis un second maillage pour le patch régularisant. La
particularité de ce second maillage est qu’il doit nécessairement être topologiquement identique au premier
maillage (mêmes nœuds et mêmes éléments géométriques. Pour des raisons de simplification numérique et
pour des raisons de cohérence de modèles, on conseille d’utiliser la procédure suivante :
1)
2)
3)
3.1.1
Définition d’une discrétisation spatiale pour la structure et la modélisation THM ;
Duplication du maillage précédent sur l’ensemble de la structure par la
commande CREA_MAILLAGE pour définir le patch
Modification éventuelle du type de mailles pour une étude avec multiplicateurs
de Lagrange aux centres des éléments.
Étape 1. Définition du maillage de la structure
Cette première étape est à produire par un mailleur pour discrétiser la structure. On récupère ensuite le
maillage par la commande Code_Aster :
lecture du maillage (quadratique)
MA = LIRE_MAILLAGE()
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3.1.2
Date : 16/04/2013 Page : 42/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Étape 2. Duplication du maillage pour définir le patch
Il existe dans Code_Aster une procédure qui permet de dupliquer un maillage en conservant les mêmes
nœuds que le maillage original – il est indispensable que les nœuds du premier maillage soient inclus dans le
patch (cf [R5.04.03]). Il est nécessaire de définir ce second maillage pour permettre de définir la modélisation
second gradient au patch régularisant.
Duplication du maillage (quadratique). Seules les mailles sont dupliquées, les nœuds restent communs. Le but
est d’associer à chacun de ces maillages une modélisation différente.
MAIL=CREA_MAILLAGE(MAILLAGE
= MA,
CREA_GROUP_MA = ( _F( NOM
= 'ROCHE_REG',
GROUP_MA = 'ROCHE')))
3.1.3
Étape 3. Modification (éventuelle) du maillage du patch
Il existe différentes discrétisations éléments finis pour interpoler les modélisations second gradient (avec ou
sans multiplicateurs de Lagrange, multiplicateurs de Lagrange au centre des éléments ou aux nœuds
sommets). Par conséquent il faut adapter le maillage du patch à l’espace de discrétisation de la modélisation
second gradient.
Par exemple pour prendre en compte une interpolation avec des multiplicateurs de Lagrange aux centres des
éléments, il faut définir les nœuds aux centres des éléments car ceux-ci ne sont pas prévus, en général, dans
les discrétisations spatiales proposées par la plupart des mailleurs. Ainsi dans ce cas, on peut utiliser la
commande Code_Aster suivante :
Introduction de nœuds centraux aux éléments finis du nouveau maillage pour une interpolation P2− P1−P0
. Procédure nécessaire pour prendre en compte les interpolations des multiplicateurs de Lagrange.
MAILLAGE=CREA_MAILLAGE(MAILLAGE
= MAIL,
MODI_MAILLE =( _F( GROUP_MA
OPTION
_F( GROUP_MA
OPTION
Cette étape n’est possible qu'en 2D
Lagrange constant par élément.
3.2
=
=
=
=
'ROCHE_REG',
'QUAD8_9'),
'ROCHE_REG',
'TRIA6_7')))
lorsque l'interpolation élément fini considère des multiplicateurs de
Choix du modèle
Les « patchs régularisants » second gradient ou second gradient de dilatation sont à combiner avec n’importe
quel type de modélisation THM. Ils n’ont d’intérêt, bien entendu, qu’en présence d’une composante mécanique
(adoucissante). Les modélisations disponibles sont :
Modélisation
D_PLAN_2DG
D_PLAN_DIL
3D_DIL
Modélisation géométrique
Plane
Plane
3D
Phénomène pris en compte
Second gradient
Second gradient de dilatation
Second gradient de dilatation
Remarque :
A noter qu’il est fortement conseillé d’utiliser les modélisations second gradient de dilatation pour traiter
les comportements des sols et des roches ou plus particulièrement tout type de matériau présentant
une variation volumique lors de sa dégradation .
Les inconnues nodales des modélisations THM sont alors enrichies après ajout du « patch » second gradient.
Le nombre d’inconnues varie selon le patch considéré et le type de mailles caractérisant la discrétisation
spatiale du patch. Pour la modélisation second gradient de dilatation c'est donc par le choix de la topologie de
la maille que l'interpolation des multiplicateurs de Lagrange sera déterminée (voir le tableau ci-dessous). On
résume dans le tableau ci-dessous les différentes possibilités où l’on note en accord avec [R5.04.03], f ij les
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Date : 16/04/2013 Page : 43/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
composantes du tenseur des déformations microscopiques, 
le multiplicateur de Lagrange:
Modélisation
D_PLAN_2DG
D_PLAN_DIL
3D_DIL
Type de mailles
TRIA7, QUAD9
la déformation volumique microscopique et 
Degrés de liberté
Position du degré de liberté
Aux sommets de chaque élément
f ij
ij
TRIA7, QUAD9


TRIA6, QUAD8

TETRA10,
HEXA20,  , 
Au centre de chaque élément
Aux sommets de chaque élément
Au centre de chaque élément
Aux sommets de chaque élément
Aux sommets de chaque élément
PENTA15
On procède alors de la façon suivante :
MODELE = AFFE_MODELE( MAILLAGE = MAILLAGE,
AFFE
= ( _F( GROUP_MA
PHENOMENE
MODELISATION
_F( GROUP_MA
PHENOMENE
MODELISATION
3.3
Définition du matériau
=
=
=
=
=
'ROCHE',
'MECANIQUE',
'D_PLAN_HMS'),
'ROCHE_REG',
'MECANIQUE',
= 'D_PLAN_DIL')))
Il faut, en plus de la définition des paramètres matériaux nécessaires pour le calcul THM décrit au chapitre
précédent, ajouter un paramètre qui caractérise la longueur caractéristique de la modélisation second gradient
(cf [R5.04.03]). Cette donnée caractérise en fait la dimension du voisinage qui contribue à la description d’un
point matériel.
Cette longueur est définie à partir des composantes matériau A1 et A3 de la loi de comportement
d’élasticité linéaire second gradient inspirée des travaux de Mindlin dans le cas de la modélisation second
gradient de dilatation. C'est dans la détermination de ces paramètres que réside la plus grande difficulté. Il
n'existe pas aujourd'hui de méthode analytique pour les identifier. La pratique est de faire quelques essais
préalable. Dans le cas des modélisations second gradient cette longueur est fonction des 5 composantes A1 ,
A2 , A3 , A4 et A5 , à renseigner sous le mot-clé ELAS_2NDG de DEFI_MATERIAU (cf [R5.04.03]).
On peut, de plus, ajouter un paramètre numérique de pénalisation. Il a été montré que le terme de pénalisation
des modélisations second gradient de dilatation améliore la convergence numérique sans perturber la qualité
des résultats.
Voici un exemple de définition des paramètres matériau pour la partie second gradient.
SOL2 = DEFI_MATERIAU( ELAS_2NDG
NON_LOCAL
= _F( A1 = 4.0E4,
A2 = 0.0,
A3 = 0.0,
A4 = 0.0,
A5 = 0.0,),
= _F(PENA_LAGR=1.0E12,),);
Puis affectation des paramètres matériaux suivant la même procédure que pour la définition des
modélisations.
MATE = AFFE_MATERIAU( MAILLAGE = MAILLAGE,
AFFE
= (_F( TOUT
MATER
_F( GROUP_MA
MATER
Manuel d'utilisation
= ‘ROCHE’,
= SOL_HM,),
= 'ROCHE_REG',
= SOL2)))
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3.4
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Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Impact sur les conditions aux limites
Il n’y a aucun impact à apporter dans le fichier de commande Code_Aster pour prendre en compte les
conditions aux limites avec les modélisations second gradient par rapport aux modélisations classiques THM.
En revanche, il est essentiel de noter que la signification physique des conditions aux limites de pression de
contraintes normales est modifiée avec les modélisations second gradient (cf [R5.04.03]).
3.5
Résolution du problème
Le calcul est à effectuer par la commande STAT_NON_LINE. Il suffit d’ajouter au calcul classique THM la
relation de comportement d’élasticité second gradient sur le maillage correspond au patch comme sur
l’exemple ci-dessous (mot-clé ELAS). Il n’y a aucune incompatibilité avec les lois de comportement. A noter,
tout de même, qu’une simulation THM par une approche second gradient n’a d’intérêt qu’en présence d’une
composante mécanique dans le calcul couplé.
Il est important de noter que lorsque la modélisation prend en compte une interpolation des multiplicateurs de
Lagrange constants par éléments il est nécessaire d'utiliser le solveur Mumps pour la résolution.
Définition du calcul statique non linéaire avec une loi de comportement associé à chacune des modélisation :
comportement de type Drucker-Prager pour le premier gradient, et élasticité linéaire pour le second gradient
U1 = STAT_NON_LINE( MODELE
CHAM_MATER
EXCIT
SOLVEUR
COMP_INCR
=
=
=
=
=
MODELE,
MATE,
( _F( CHARGE = CHCI ),…),
( _F( METHODE='MUMPS',)),
( _F(GROUP_MA='ROCHE',
RELATION = 'DRUCK_PRAGER',),
_F(GROUP_MA = 'ROCHE_REG',
RELATION = 'ELAS',),),
NEWTON
= _F( MATRICE = 'TANGENTE',REAC_ITER = 1 ),
INCREMENT = _F( LIST_INST = TEMPS ))
On trouvera un exemple de modélisation par second gradient, par exemple dans le cas test ssll117.
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Annexe 1Contraintes généralisées et variables internes
Les contraintes :
Numéro
1
Nom de composante Aster
SIXX
Contenu

'
xx
'
yy
'
zz
'
xy
'
xz
'
yz
Modélisations
Si mécanique (.. M …)
2
SIYY

3
SIZZ

4
SIXY

5
SIXZ

6
SIYZ

7
SIP
8
M11
p
mw
9
FH11X
Mw
x
Dans tous les cas
10
FH11Y
Mw
y
Dans tous les cas
11
FH11Z
Mw
z
Dans tous les cas
12
ENT11
h
m
w
13
M12
m
14
FH12X
M vp
x
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
15
FH12Y
M vp
y
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
16
FH12Z
M vp
z
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
17
ENT12
h
m
vp
18
M21
m
19
FH21X
M as
x
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
20
FH21Y
M as
y
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
21
FH21Z
M as
z
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
22
ENT21
m
as
18
M22
19
FH22X
M ad
x
Si modélisation de l’air dissous (…HH2…)
20
FH22Y
M ad
y
Si modélisation de l’air dissous (…HH2…)
FH22Z
M ad
z
Si modélisation de l’air dissous (…HH2…)
22
ENT22
h
m
ad
23
QPRIM
24
FHTX
25
FHTY
Q'
qx
qy
Si mécanique (.. M …)
Si mécanique (.. M …)
Si mécanique (.. M …)
Si mécanique (.. M …)
Si mécanique (.. M …)
Si mécanique (.. M …)
Dans tous les cas
Dans tous les cas avec thermique
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
vp
Si 2 pressions inconnues et thermique (..
THH …)
h
Si 2 pressions inconnues (.. HH …)
as
Si 2 pressions inconnues et thermique (..
THH …)
21
m
Si modélisation de l’air dissous (…HH2…)
ad
Si
modélisation
de
l’air
dissous
et
thermique (…THH2…)
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Si thermique
Si thermique
Si thermique
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qz
FHTZ
Si thermique
Dans le cas sans mécanique, et pour les lois de comportements (LIQU_VAPE_GAZ,LIQU_VAPE,
LIQU_AD_GAZ_VAPE , ’LIQU_AD_GAZ’) les variables internes sont :
Numéro
1
Nom de composante Aster
Contenu
V1
lq −0
2
V2
V3
V4
−0
p vp − p 0vp
S lq
3
4
lq
Dans le cas sans mécanique, et pour les lois de comportements (LIQU_GAZ,LIQU_GAZ_ATM,) les variables
internes sont :
Numéro
1
Nom de composante Aster
Contenu
V1
lq −0
2
V2
V3
−
S lq
3
lq
0
Dans le cas sans mécanique, et pour les lois de comportements (LIQU_SATU,) les variables internes sont :
Numéro
1
Nom de composante Aster
Contenu
V1
lq −0
2
V2
0
lq
−
Dans le cas avec mécanique les premiers numéros seront ceux correspondant à la mécanique ( V1 dans le
cas élastique, V1 et suivantes pour des modèles plastiques). Le numéro des variables internes ci-dessus
devra alors être incrémenté d’autant.
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Annexe 2 Éléments supplémentaires sur les conditions aux
limites en THM
Dans ce qui suit on ne prend pas en compte l’air dissous (l’indice
on s’attache au cas non saturé.
lq correspond alors à celui de l’eau w ) et
Nous rappelons ici le choix des inconnues de pression.
Comportement
PRE1
PRE2
LIQU_GAZ et LIQU_VAPE_GAZ
Pression capillaire :
Pression de gaz
p c = p gz − p lq
p gz = pvp  pas
A2.1 Formulation variationnelle des équations de conservation
On se réfère ici à [R7.01.11]. Ces équations sont
m˙lq  ṁvp Div  M lq M vp =0
éq A5.1-1
m˙as Div  M as =0
éq A5.1-2
La formulation variationnelle déduite est donnée par
−∫  ṁlq  ṁvp  1 d ∫  M lq  M vp  . ∇ 1 d =
∫∂  M lq
ext
 M vp  . 1 d  ∀ 1 ∈P 1
ext
éq A5.1-3
ad
−∫ m˙as 2 d ∫ M as . ∇ 2 d =
∫∂ M as
ext
.2 d  ∀ 2 ∈P 2
éq A5.1-4
ad
Les pressions capillaires et de gaz sont liées aux pression d’eau, de vapeur et d’air sec par les relations :
p c = p gz − p lq
éq A5.1-5
p gz = pvp  pas
éq A5.1-6
dp vp dp lq
dT
=
  h mvp−hlqm 
T
vp
lq
éq A5.1-7
La pression de vapeur n’est pas une variable indépendante. Elle est reliée à la pression de liquide p lq par les
relations
dh mlq=C lqp dT  1−3  lq T 
p
dh mvp=C vp
dT
dp lq
lq
éq A5.1-8
éq A5.1-9
Ces relations montrent que la pression de vapeur est déterminée complètement pas la connaissance de

p lq
p lq− p 0lq
p
R
= ol T ln sat vp
(et de son évolution). Souvent, ces relations servent à établir la loi de Kelvin,
ρlq
M vp
p vp  T 

, mais cette loi n’est pas utilisée directement dans Aster.
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Les documents de référence Aster ne disent rien sur ce que sont les variables
peuvent nous mettre sur la piste :
•
D’une part,  1∈P 1ad et  2 ∈P 2ad alors que
•
D’autre
P1
et
ad
P2
ad
π 1 et π 2 . Mais deux éléments
sont les espaces d’appartenance de
PRE1 et PRE2 (incluant donc leurs conditions aux limites).
part,
au
chapitre
7.
de
[R7.01.10], on voit que la déformation virtuelle
v ,   v  , 1 , ∇ 1 , 2 , ∇ 2 ,  , ∇  est liée au vecteur de déplacement nodaux virtuel
E =

el
U = v , 1 ,2 ,   par le même opérateur Q g que celui qui relie entre eux la déformation
el
E elg =  u ,   u  , p 1 , ∇ p 1 , p 2 , ∇ p 2 , T , ∇ T  et le déplacement nodal U = u , p1 , p2 ,T  :
•
E *gel =Q elg U * el
•
E elg =Q elg U el
* el
g
* el
Il est alors clair que
D’où le tableau :
1 et 2 sont des variations virtuelles de p 1 et p 2
p 1= pc ⇒ 1= p c = p*c
p 1= plq ⇒ 1= p lq = p*lq
p 2= p gz ⇒2= p gz = p *gz
A2.2 Cas de conditions aux limites faisant intervenir les inconnues
principales
Ce que nous disons dans ce paragraphe et les suivants est relatif à une partie de la frontière ∂d sur
laquelle des conditions sont prescrites : rien n’empêche bien sûr que ces conditions ne soient pas les mêmes
sur des parties de frontières différentes. Nous traitons dans ce chapitre le cas habituel où on impose des
conditions sur PRE1 et/ou PRE2 , par opposition au chapitre suivant où nous parlerons de relations linéaires
entre inconnues.
p c = p gz − p lq = p imp
p gz = pas  p vp= p imp
c
gz
Les flux sont alors des résultats de calculs par [éq A5.1-3] et [éq A5.1-4]
•
Dirichlet
PRE1 , Neuman PRE2
C’est le cas où on impose une valeur à PRE1 et une valeur au flux associé à PRE2 , en ne disant rien sur
PRE2 ou en donnant une valeur à FLUN_HYDR2 de FLUX_THM_REP dans AFFE_CHAR_MECA. Appelons
M2
ext
cette quantité imposée, qui vaudra 0 si rien n’est dit relativement à
la condition imposée sur
Ceci correspond à :
imp
PRE2 . Nous noterons p 1= p
1
PRE1
pc = p gz − p lq = p imp
c
imp
p
1
=p
imp
c
Pour faire la démonstration dans le cadre non homogène, il faudrait introduire un relèvement de la condition
p 1= pimp
(c'est à dire un champ particulier vérifiant cette condition). Cela alourdit les écritures et n’apporte
1
rien, on se place donc dans le cadre homogène
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p imp =0
1
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Dans [éq A5.1-3] et [éq A5.1-4], on peut donc prendre et  2 quelconque et  1 vérifiant  1=0 sur ∂d
1=0 et 2=0 sur tout le bord ∂ et on obtient [éq A5.1-1] et [éq A5.1-2]
au sens des distributions. On multiplie alors [éq A5.1-1] par  1 tel que 1=0 sur ∂d on multiplie [éq
A5.1-2] par 2 quelconque, on intègre par partie, on tient compte de [éq A5.1-3] et [éq A5.1-4] et on obtient,
en désignant par n la normale au bord :
On commence alors à prendre
∫∂
d
M as . n .2 d =∫∂ M 2 ext 2 d  ,
d
∀ 2
On en déduit
M as . n=M 2 ext sur ∂ d
Dirichlet
•
PRE2 , Neuman PRE1
PRE2 et une valeur au flux associé à PRE1 , en ne disant rien sur
PRE1 ou en donnant une valeur à FLUN_HYDR1 de FLUX_THM_REP dans AFFE_CHAR_MECA. Appelons M 1
C’est le cas où on impose une valeur à
ext
cette quantité imposée, qui vaudra
condition imposée sur
Ceci correspond à :
0 si rien n’est dit relativement à PRE2 . Nous noterons p 2= p
imp
2
la
PRE2 .
p gz = pas  p vp = p imp
gz
imp
2
p =p
imp
gz
La démonstration est la même qu’au paragraphe précédent et aboutit à :
 M lq M vp  . n= M 1 ext sur ∂d
A5.3 Cas de conditions aux limites faisant intervenir des relations
linéaires entre inconnues principales
Code_Aster permet d’introduire comme conditions aux limites des relations entre degrés de liberté, portés par
le même nœud ou par des nœuds différents. Cette possibilité est atteinte via le mot clé LIAISON_DDL de la
commande AFFE_CHAR_MECA.
imp
Soit p lq
la valeur que l’on veut imposer à la pression de liquide sur ∂d . Compte tenu de [éq A5.1-5], et
du choix des inconnues principales pour ce comportement, on écrit :
p gz − pc = p 2− p1= pimp
éq A5.3-1
lq
Les relations linéaires sont traitées dans Aster par introduction de multiplicateurs de Lagrange. Ceci correspond
en l’espèce à la formulation suivante :
Trouver
p 1 , p 2,  tels que :
−∫  ṁlq  ṁvp  1 d ∫  M lq M vp  . ∇ 1 d −∫ m˙as 2 d ∫ M as . ∇ 2 d 
imp
∫∂  *  p 2− p 1− pimp
lq  d ∫∂     2− 1− plq  d 
d
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d
∀ 1 , 2 , *
éq A5.3-2
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Pour faire la démonstration dans le cadre non homogène, il faudrait introduire un relèvement de la condition
imp
p 2− p1 − p lq =0 (C'est à dire des champs particuliers vérifiant cette condition). Cela alourdit les écritures et
imp
n’apporte rien, on se place donc dans le cadre homogène p lq =0 .
On commence alors à prendre 1 =0 et 2=0 sur tout le bord
∂  et on obtient [éq A5.1-1] et [éq A5.1-2]
au sens des distributions. On multiplie alors [éq A5.1-1] par 1 quelconque on multiplie [éq A5.1-2] par  2
quelconque, on intègre par partie, on porte les résultats trouvés dans [éq A5.3-2] et on obtient :
∫∂  M lq M vp  . n. 1 d ∫∂ M as . n . 2 d 
∫∂ *  p 2− p1  d ∫∂   2−1  d  =0 ∀ 1 , 2 ,*
d
d
d
éq A5.3-3
d
imp
Il est clair que [éq A5.3-3] redonne bien p 2− p1 = p lq =0
En prenant de plus 2−1=0 , on trouve :
∫∂   M lq M vp M as  . n. 1 d =0
d
∀ 1
D’où l’on déduit :
 M lq M vp M as  . n=0 sur ∂d
éq A5.3-4
A5.4 Les cas non linéaires
Nous ne faisons ici qu’aborder des questions plus difficiles consistant à imposer soit la pression de vapeur soit
la pression d’air sec. Compte tenu des relations [éq A5.1-7], [éq A5.1-8] et [éq A5.1-9] imposer une valeur sur
la pression de vapeur revient à imposer une relation non linéaire sur la pression de liquide; de même
qu'imposer une pression d’air sec sur la pression de gaz.
A titre d’exemple, nous abordons le cas d’un pression d’air sec imposée pour un comportement
LIQU_VAPE_GAZ, et nous supposons que nous savons écrire la relation non linéaire reliant la pression de
vapeur et la pression de liquide.
La relation à imposer est donc :
p as = p gz − p vp= p2 − p vp = p imp
éq A5.4-1
as
En différenciant cette relation, on trouvera une condition sur les variations virtuelles de pressions :
dp as =dp gz −
∂ p vp
∂ p vp
dplq =dp gz −
 dp gz −dp c 
∂ plq
∂ p lq
Soit encore
dp as=dp2 −


∂ pvp
∂p
∂ p vp
dp 2 −dp 1 = vp dp 1 1−
dp 2

∂ plq
∂ plq
∂ plq
La formulation variationnelle serait alors :
−∫  ṁlq  ṁ vp  1 d ∫  M lq M vp  . ∇ 1 d −∫ m˙as 2 d ∫ M as . ∇ 2 d 
∫∂  μ *  p 2− pvp − pimp
as  d ∫∂ 
d
Manuel d'utilisation
d


 
∂ p vp
∂p
1 1− vp 2 d 
∂ p lq
∂ p lq
∀ 1 ,2 , *
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Date : 16/04/2013 Page : 51/51
Clé : U2.04.05
Révision : 10886
Et on trouverait :
∫∂  M lq  M vp  . n. 1 d ∫∂
d
En prenant

d
M as . n . 2 d ∫∂ 
d



∂ p vp
∂ p vp
1 1−
 d  =0
∂ p lq
∂ p lq 2
∀ 1 ,2

∂ pvp
∂ pvp
1  1−
 =0 on trouverait :
∂ plq
∂ plq 2

Manuel d'utilisation
1−

∂ p vp
∂ p vp
M lq M vp  . n−
M as . n=0

∂ p lq
∂ p lq
éq A5.4-2
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