Le recours aux logiciels de simulation basés sur la méthode des éléments finis devenant de plus en plus systématique dans les différents secteurs de l'industrie, l'efficacité et la précision de ces derniers deviennent des propriétés déterminantes. Dans les situations les plus courantes, les structures minces nécessitent une analyse précise et efficace, rendue possible par les éléments coques. En présence de structures dans lesquelles coexistent des parties minces et des zones plus épaisses, l'utilisation de ces éléments est encore plus cruciale. Ce travail est une contribution au développement et à la validation d'éléments finis solide-coques. Les déplacements nodaux sont les seuls degrés de liberté et ils sont munis d'un ensemble de points d'intégration distribués le long d'une direction préférentielle, désignée comme “l'épaisseur”. Une intégration réduite dans le plan moyen est utilisée. La loi élastique 3D est modifiée pour s'approcher de la situation coque et atténuer les verrouillages. Grâce à ses formulations particulières, ces éléments solide-coques se connectent naturellement aux éléments 3D et présentent une bonne performance dans des applications de structures minces et pour des problèmes dominés par la flexion. Il s'agit des trois nouveaux éléments isoparamétriques SHB6, SHB15, et SHB20. L'analyse détaillée d'une potentielle déficience du rang de la matrice de raideur a révélé que ces derniers ne possèdent pas de modes à énergie nulle et qu'aucune stabilisation n'est donc nécessaire. Néanmoins, nous proposons des modifications basées sur la méthode bien connue “Assumed Strain”, pour l'opérateur gradient discrétisé de l'élément SHB6, dans le but d'améliorer sa vitesse de convergence. Pour illustrer les capacités de ces éléments, ses performances sont évaluées sur un ensemble de cas tests en configurations linéaire ou non-linéaire, communément utilisés dans la littérature pour tester les éléments finis de type coques. En particulier, il est montré que le nouvel élément SHB6 joue un rôle très utile en tant que complément à l'élément hexaèdre SHB8PS, ce qui nous permet ainsi de mailler des géométries arbitraires.

La simulation numérique par la méthode des éléments finis (MEF) fournit de nos jours une grande aide pour les ingénieurs dans les processus de conception d’optimisation des produits. Malgré le développement croissant des ressources de calcul, la fiabilité et l’efficacité des simulations numériques par la MEF restent à améliorer. Ce travail de thèse consiste à développer une famille d’éléments solide-coque (SHB) pour la modélisation tridimensionnelle des structures minces. Cette famille d’éléments SHB est basée sur une formulation tridimensionnelle en grands déplacements et rotations. La technique dite “d’intégration réduite dans le plan”, en utilisant un nombre arbitraire de points d’intégration dans la direction de l’épaisseur, permet la modélisation des structures minces avec une seule couche d'éléments. Dans ce travail de thèse, deux éléments linéaires SHB prismatique et hexaédrique, ainsi que leurs contreparties quadratiques, ont été implantés dans le code par éléments finis ABAQUS pour l’analyse quasi-statique et dynamique des structures minces. La performance de ces éléments a été validée à travers une série de cas tests académiques, ainsi que sur des problèmes complexes de type impact/crash et des procédés de mise en forme de tôles minces. L'ensemble des résultats numériques obtenus révèle que les éléments SHB représentent une alternative intéressante aux éléments coques et solides traditionnels pour la modélisation tridimensionnelle des structures minces. / Nowadays, the finite element (FE) simulation provides great assistance to engineers in the design of products and optimization of manufacturing processes. Despite the growing development of computational resources, reliability and efficiency of the FE simulations remain the most important features. The current work contributes to the development of a family of assumed strain based solid-shell elements (SHB), for the modeling of 3D thin structures. Based on reduced integration and special treatments to eliminate locking effects and to control spurious zero-energy modes, the SHB solid‒shell elements are capable of modeling most thin 3D structural problems with only a single element layer, while describing accurately the various through-thickness phenomena. In the current contribution, a family of prismatic and hexahedral SHB elements with their linear and quadratic versions have been implemented into ABAQUS using both standard/quasi-static and explicit/dynamic solvers. The performance of the SHB elements is evaluated via a series of popular benchmarks as well as with impact/crash and sheet metal forming processes. All numerical results reveal that the SHB elements represent an interesting alternative to traditional shell and solid elements for the 3D modeling of thin structural problems.