Avec les normes, mieux vaut être solide sur ses appuis
C'est quoi un calcul de structures normatif ?
Une structure peut sembler robuste, présenter des contraintes acceptables en simulation et pourtant nécessiter des vérifications complémentaires avant d'être déclarée conforme à un référentiel, à une norme.
Le calcul de structures normatif permet de vérifier la résistance et le comportement d'un équipement ou d'une structure au regard des exigences d'une norme, d'un code de construction ou d'un référentiel technique.
Ces vérifications s'appuient sur une combinaison de calcul analytique, dimensionnement mécanique, simulation numérique par éléments finis et méthodes de calcul définies par les normes applicables.
Pourquoi réaliser un calcul de structure normatif ?
Le calcul normatif intervient lorsqu'il faut démontrer la tenue mécanique d'une structure dans des conditions de fonctionnement définies.
Il permet notamment de répondre à des questions très concrètes :
- La structure résiste-t-elle aux charges auxquelles elle sera soumise ?
- Les contraintes restent-elles dans les limites admissibles ?
- Les déformations sont-elles acceptables ?
- Les éléments présentent-ils un risque de flambement ou d'instabilité ?
- Les assemblages sont-ils suffisamment résistants ?
- La structure peut-elle supporter les sollicitations répétées au cours de sa durée de vie ?
- Le dimensionnement retenu respecte-t-il les exigences du référentiel applicable ?
L'objectif n'est donc pas seulement de calculer une contrainte, mais de justifier une conception.
Du calcul mécanique à la justification normative
Le calcul aux éléments finis
La simulation numérique FEA permet de déterminer le comportement d'une structure soumise à différents cas de charge qui permet d'estimer les niveaux de contraintes, les déplacements, les déformations, les réactions, les modes propres, le flambement, etc.
Elle permet notamment d'identifier les zones critiques et d'optimiser la conception.
Le calcul normatif
Le calcul normatif ajoute une étape essentielle : les résultats sont confrontés aux critères imposés par le référentiel applicable.
Le calcul peut ainsi intégrer des coefficients de sécurité, des combinaisons de charges, des critères de résistance, de stabilité ou de fatigue, ainsi que des règles spécifiques aux matériaux et aux types d'assemblages.
La simulation numérique FEA permet de comprendre comment la structure se comporte.
Le calcul de structures normatif permet de démontrer qu'elle répond aux exigences de conception.
Quelle est notre méthodologie de calculs ?
Analyse du besoin et du référentiel
Identification du contexte de fonctionnement, des matériaux, des conditions aux limites, des charges et du référentiel applicable.
Nous connaissons un grand nombre de normes utilisées dans le contexte d'affaires précédentes. Nous avons des domaines de prédilection.
Nous pourrons analyser la norme qui concerne le développement de votre produit ou appareil, afin de vous conseiller sur la bonne démarche à mener.
Définition des cas de charge
Les différentes situations susceptibles d'être rencontrées au cours de la vie de l'équipement sont étudiées :
- fonctionnement nominal ;
- charges permanentes ;
- charges d'exploitation ;
- efforts thermiques ;
- accélérations ;
- manutention et levage ;
- freinage et traction ;
- vent et neige ;
- sollicitations accidentelles ;
- cycles de fonctionnement.
Modélisation et calcul
Quels sont les différents types d'analyse que nous proposons ?
- calculs statiques linéaires ou non linéaires
- analyses de flambement
- analyses modales
- analyse à la fatigue
- analyses thermo-mécaniques
Vérifications normatives
Les résultats obtenus sont ensuite confrontés aux critères du référentiel : résistance, stabilité, déformation, fatigue, assemblages, etc.
Optimisation du dimensionnement
Lorsque les critères ne sont pas respectés, le calcul permet d'identifier les modifications nécessaires :
épaisseur → section → matériau → géométrie → raidissement → assemblage.
L'objectif n'est pas nécessairement de « mettre plus de matière », mais de trouver le dimensionnement techniquement et économiquement pertinent.
Rédaction de la note de calculs
Les hypothèses, méthodes, résultats et vérifications sont regroupés dans une note de calcul structurée, permettant de conserver la traçabilité de la justification.
Quels types de vérifications réalisons-nous ?
Résistance statique
Vérification des contraintes et des déformations sous les différents cas de charge.
Flambement et stabilité
Analyse du comportement des structures élancées et recherche des risques d'instabilité.
Analyse à la fatigue
Évaluation de la durée de vie sous sollicitations cycliques et répétées.
Assemblages
Vérification des assemblages boulonnés, soudés et des zones de liaison.
Dimensionnement des structures
Détermination ou optimisation des sections, épaisseurs et caractéristiques mécaniques nécessaires.
Sollicitations thermomécaniques
Prise en compte des effets de dilatation et des contraintes générées par les variations de température.
Une approche combinant calcul numérique et expertise mécanique
Un calcul normatif pertinent ne repose pas uniquement sur l'utilisation d'un logiciel. La qualité de la justification dépend avant tout de la compréhension de la norme, du comportement mécanique de l'équipement, de la pertinence des hypothèses et de l'interprétation des résultats.
SOLSI associe ainsi expertise mécanique, calcul analytique et simulation numérique pour construire des modèles adaptés à chaque problématique et produire des résultats exploitables pour la conception.
Quelles normes pour vos calculs de structures ?
Il existe, selon le secteur industriel et le type d'équipement, un grand nombre de normes à appliquer, Eurocodes, référentiels spécifiques au ferroviaire, codes de construction, normes propres à certains équipements industriels, cahiers des charges et spécifications clients.
La norme de calcul est déterminée en fonction du secteur d'activité, du type d'équipement, de son environnement d'utilisation et des exigences réglementaires ou contractuelles du projet.
Structures métalliques
Pour les structures en acier, on peut notamment rencontrer les Eurocodes, en particulier :
- EN 1990 : bases de calcul des structures
- EN 1991 : actions sur les structures
- EN 1993 : calcul des structures en acier
Les vérifications peuvent porter sur la résistance des sections, la stabilité, le flambement, le déversement ou encore les assemblages boulonnés et soudés.
Appareils sous pression
Pour les équipements sous pression, les calculs peuvent s'appuyer sur des référentiels comme EN 13445, CODAP, ASME Section VIII, selon le contexte réglementaire et industriel.
On vérifie notamment :
- l'épaisseur minimale
- les contraintes
- les fonds et viroles
- les piquages
- les ouvertures
- les sollicitations combinées
- la fatigue
- les situations exceptionnelles
Levage et manutention
Les appareils et accessoires de levage font également l'objet de règles spécifiques.
Les calculs peuvent intégrer :
- charges nominales
- coefficients dynamiques
- efforts de levage
- stabilité
- résistance des poutres
- assemblages
- crochets ou points de levage
Ferroviaire
Dans le ferroviaire, les calculs peuvent notamment s'appuyer sur des normes européennes spécifiques, par exemple EN 12663 pour les exigences de résistance des structures de véhicules ferroviaires.
Les calculs doivent alors tenir compte des différents cas de charge propres au véhicule : charges verticales, longitudinales, efforts de traction/freinage, levage, chocs, etc.
Vous concevez un nouvel équipement ou devez justifier une structure existante ?
SOLSI vous accompagne dans l'analyse de la norme, de la définition des cas de charge, du dimensionnement, la simulation numérique et la justification de votre conception selon le référentiel applicable.