Revue mecanique des solides orthotropes TET4 et TET10

Cette page trace la decision Owner du scope orthotropic-solid-tet4-tet10. L'enregistrement machine-readable signe est qualification/reviews/orthotropic_solids_2026-07-22.json.

Le dossier est accepte en revue interne par Quentin Farinazzo avec le statut accepted_with_recommendations pour un usage engineering_internal_candidate, sans revendication de certification.

Perimetre propose

• elements solides TET4 et TET10;
• elasticite lineaire orthotrope 3D homogene;
• petites deformations et petits deplacements;
• orientation materiau constante par region ou par materiau;
• statique lineaire uniquement;
• resultats en axes globaux et materiau lorsque disponibles;
• type orthotropic_3d et type composite_orthotropic_3d homogeneise avec provenance tracee.

Restent hors perimetre : orientation variable aux points d'integration et suivi automatique d'un repere materiau sur une geometrie courbe, modelisation pli par pli qualifiee, delaminage, elements cohesifs, endommagement progressif, plasticite anisotrope et grandes deformations.

Les contraintes proches des singularites ne sont plus exclues par principe. Elles font l'objet d'une action V&V ouverte : classification de la singularite, raffinements successifs, chemins a distance controlee et grandeurs regularisees. Un pic ponctuel situe exactement sur une singularite mathematique ne peut toutefois pas etre exige convergent vers une valeur finie.

Convention d'orientation et pieces courbes

La matrice orientation, notee ici R, contient en colonnes les axes materiau e1, e2, e3 exprimes dans le repere global. Le passage global vers materiau est applique sur les tenseurs, et non par une permutation de Voigt :

[ \varepsilon_m=R^T\varepsilon_gR,\qquad \sigma_g=R\sigma_mR^T. ]

Les cisaillements de deformation sont des cisaillements d'ingenieur dans les vecteurs de Voigt. Cette convention et sa transformation sont acceptees par la revue du 2026-07-22.

Pour une piece courbe, le comportement actuel est le suivant :

• une orientation est constante pour un materiau donne;
• plusieurs zones peuvent suivre approximativement la courbure en affectant plusieurs materiaux de memes constantes mais d'orientations differentes;
• le code ne construit pas encore automatiquement un repere tangent continu a partir de la normale ou d'un champ de fibres;
• il n'interpole pas encore l'orientation aux points d'integration.

Une piece courbe a orientation globale constante est donc correctement calculee. Une piece dont les fibres suivent la courbure doit, dans le perimetre actuel, etre decoupee en regions orientees. Le suivi continu de courbure reste une extension a qualifier avant acceptation externe.

Elements a valider

Question	Preuve	Statut technique
Loi 3D positive, symetrique et reciproque	SPEC-COMP-SOLID-001	PASS
Tractions analytiques axes 1/2/3	SPEC-COMP-SOLID-002	PASS
Cisaillements purs 12/13/23	SPEC-COMP-SOLID-003	PASS
Patch affine TET4/TET10 repere tourne	SPEC-COMP-SOLID-004	PASS
Objectivite sous rotation globale	SPEC-COMP-SOLID-005	PASS
Convergence structurelle hors axes	SPEC-COMP-SOLID-006	PASS avec reserve TET4
Correlation externe Code_Aster/CalculiX	SPEC-COMP-SOLID-007	PASS
Non-regression isotrope	SPEC-COMP-SOLID-008	PASS

Synthese des resultats

Noyau elementaire

La campagne VNV-ORTHOTROPIC-SOLID-KERNEL-001 couvre la loi materiau, les six etats unitaires, les patchs affines TET4/TET10, les six modes rigides et l'invariance sous rotation globale.

Indicateur	TET4	TET10	Critere
erreur patch affine deformation	0	6,06e-17	<= 1e-10
erreur patch affine contrainte	0	2,16e-16	<= 1e-10
residu maximal modes rigides	4,23e-17	3,46e-17	<= 1e-10

Rapport : qualification/vnv/orthotropic_solid_kernel/reference/report.md.

Correlation externe

La campagne VNV-ORTHOTROPIC-SOLID-EXTERNAL-002 compare QF_solver a Code_Aster 18.1.0 et CalculiX 2.20 sur les memes noeuds, les memes tetraedres, les memes blocages et les memes charges.

Cas	Ecart champ U CalculiX	Ecart champ U Code_Aster	Ecart pic von Mises Code_Aster
eprouvette 3D perforee	0,000132 %	3,60e-11 %	2,59e-12 %
equerre 3D a angle rentrant	0,000116 %	3,42e-10 %	5,78e-10 %

Ces ecarts valident fortement la rigidite orthotrope, l'orientation materiau, les conditions aux limites et l'assemblage sur maillages identiques. Les pics de contrainte proches du trou et de l'angle rentrant doivent maintenant etre traites dans une campagne de convergence specifique, conformement a la decision du validateur.

Rapport : qualification/vnv/external/orthotropic_solids/reference/report.md.

Convergence structurelle

La campagne VNV-ORTHOTROPIC-SOLID-CONVERGENCE-003 utilise un porte-a-faux massif 2,0 x 1,0 x 0,5 m, une orientation materiau de 30 degres et une traction terminale transverse de -1 MPa. Un maillage TET10 plus fin sert de reference numerique.

Famille	Elements grossier -> fin	Ecart fleche grossier -> fin	Ecart energie fin	Interpretation
TET4	215 -> 9 820	62,07 % -> 11,75 %	11,99 %	convergence monotone confirmee, mais lente en flexion
TET10	215 -> 2 607	3,55 % -> 0,292 %	0,303 %	tres bon niveau engineering

Points TET4 ajoutes a la demande du validateur :

Taille nominale	Elements	Fleche terminale	Ecart fleche	Ecart energie	Residu libre
0,105 m	4 951	-4,254439e-3 m	16,828 %	16,773 %	2,04e-12
0,080 m	9 820	-4,514090e-3 m	11,752 %	11,990 %	3,40e-12

Les deux nouveaux points excluent une divergence sur cette sequence : erreurs de fleche et d'energie decroissent sans inversion, et l'increment de fleche entre les deux derniers niveaux vaut 6,10 %. Le TET4 est acceptable comme element lineaire convergent avec recommandation de raffinement, mais ne doit pas etre presente comme element de precision fine en flexion orthotrope sur maillage courant. Le TET10 reste recommande pour les pieces orthotropes dominees par la flexion, les gradients de contrainte et les zones courbes.

Rapport : qualification/vnv/orthotropic_solid_convergence/reference/report.md.

Non-regression isotrope

La campagne VNV-ORTHOTROPIC-ISOTROPIC-NONREGRESSION-004 compare le chemin historique isotrope a une loi orthotrope mathematiquement isotrope, tournee de 27 degres.

Indicateur	Valeur
erreur rigidite TET4	2,50e-16
erreur contrainte TET4	1,01e-16
erreur rigidite TET10	1,92e-16
erreur contrainte TET10	1,20e-16
ratio temps isotrope/orthotrope TET4	0,961
ratio temps isotrope/orthotrope TET10	1,025

Le chemin isotrope TET4/TET10 reste donc numeriquement preserve. La mise en cache de la matrice isotrope ne change pas les resultats et ameliore le cout du chemin historique.

Rapport : qualification/vnv/orthotropic_isotropic_performance/reference/report.md.

Checklist de decision Owner

• [x] Accepter la definition des constantes E1/E2/E3, nu12/nu13/nu23 et G12/G13/G23.
• [x] Accepter la convention d'orientation : les colonnes de orientation sont les axes materiau exprimes dans le repere global. L'orientation est appliquee element par element depuis le materiau affecte; l'extension courbe continue reste ouverte.
• [x] Accepter la transformation globale/materiau en notation de Voigt avec cisaillements d'ingenieur.
• [x] Accepter les patchs affines TET4/TET10 et l'invariance par rotation.
• [x] Accepter la correlation Code_Aster/CalculiX sur eprouvette perforee et equerre 3D.
• [x] Accepter le TET10 orthotrope pour le perimetre statique lineaire borne.
• [x] Accepter le TET4 orthotrope avec recommandation de raffinement/TET10 en flexion.
• [x] Definir et executer une methode d'acceptation des contraintes proches des singularites. L'exclusion globale proposee est refusee par le validateur; la campagne QF_solver/Code_Aster/CalculiX requiert encore du raffinement avant acceptation locale.
• [x] Confirmer que composite_orthotropic_3d est un materiau homogeneise trace, pas une qualification composite pli par pli.
• [x] Confirmer qu'aucune revendication de certification externe n'est faite.

Decision proposee

Decision proposee : accepted_with_recommendations.

Recommandations proposees :

1. Utiliser preferentiellement TET10 pour les structures orthotropes dominees par flexion, courbure ou gradients de contrainte.
2. Realiser en fin de developpement une campagne finale sur pieces composites complexes, chargements combines, maillages plus grands et correlations multi-solveurs.
3. Obtenir une Owner review independante avant toute qualification externe.
4. Qualifier un champ d'orientation continu pour les pieces courbes et les directions de fibres variables.
5. Ajouter des scopes orthotropes modal et dynamique apres qualification de la masse TET4/TET10.
6. La campagne de contraintes proches des singularites est completee sur huit raffinements avec chemins a distance fixe et moyennes de bande. Le verdict machine est PASS_STRESS_ACCEPTANCE.
7. Conserver la bande nodale CalculiX de l'angle rentrant comme diagnostic : l'ecart 6,357 % provient d'un operateur d'extrapolation different. Pour toute decision locale, utiliser l'observable convergee et la correlation Code_Aster aux points d'integration, pas le pic singulier.

Decision et signature

Decision du 22 juillet 2026 : accepted_with_recommendations.

Validateur et signataire : Quentin Farinazzo, auteur et validateur mecanique. Signature : declaration electronique self_review du 22 juillet 2026.

Cette decision accepte le perimetre statique lineaire borne. Elle ne constitue ni une verification independante ni une certification. L'enregistrement machine-readable est qualification/reviews/orthotropic_solids_2026-07-22.json.

Commandes utiles

python .\qf_solver.py qualification-readiness --scope orthotropic-solid-tet4-tet10
python .\scripts\run_orthotropic_solid_vnv.py --output .\results\VNV-ORTHOTROPIC-SOLID-KERNEL-001
python .\scripts\run_orthotropic_external_vnv.py --output .\results\VNV-ORTHOTROPIC-SOLID-EXTERNAL-002 --mesh-size 0.30
python .\scripts\run_orthotropic_convergence_vnv.py --output .\results\VNV-ORTHOTROPIC-SOLID-CONVERGENCE-003
python .\scripts\run_orthotropic_performance_vnv.py --output .\results\VNV-ORTHOTROPIC-ISOTROPIC-NONREGRESSION-004
python .\scripts\run_orthotropic_singularity_vnv.py --output .\results\VNV-ORTHOTROPIC-SINGULAR-STRESS-005