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Comité d'évaluation LMSSMat - 3 Décembre 2004 -
Méthodes et logiciels pour la
simulation numérique en mécanique
Laboratoire de Mécanique des Sols Structures et Matériaux
École Centrale Paris / CNRS UMR 8579
Comité d'évaluation LMSSMat - 3 Décembre 2004 -
Les opérations de recherche
● Interactions structure-structure
– Hachmi BEN DHIA (ECP)
● Milieux enchevêtrés
– Damien DURVILLE (CNRS)
● Contrôle de qualité et adaptativité
– Bing TIE (CNRS)
● Ondes en milieux hétérogènes et aléatoires
– Didier CLOUTEAU (ECP)
● Vibrations
– Étienne BALMÈS (ECP)
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Activités
● Approches variées et spécifiques de la simulation
– Spécificités en méthodes
● Réduction de modèles
● Outils de modélisation stochastiques
● Méthodes de jonctions de modèles
● Approches adaptatives en discrétisation et en modèles
– Spécificité des milieux abordés
● Nids d'abeille, sandwichs
● Milieux enchevêtrés
Un ensemble de méthodes et de codes
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Analyse mathématique : couplage de modèles
● Arlequin : comment superposer des modèles différents ?
– Intérêts : zoom sur des zones particulières
– Jonction entre modèles de natures diifférentes
– L'opérateur de couplage en volume doit prendre en compte les champs de déplacement et leurs dérivées (déformations)
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Analyse mathématique : contact
● Méthode continue pour le contact et l'impact
– Analyse complète du problème depuis le continu jusqu'au discret pour l'établissement de résultats de stabilité
– Utilisation de multiplicateurs de Lagrange
– Apports sur l'importance de l'intégration numérique des efforts de contact (Benchmark de Taylor)
– Dynamique : formulation conjointe de lois de contact en déplacement et en vitesse
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Analyse stochastique pour la propagation d'ondes
● Approche probabiliste des phénomènes de propagation d'ondes
– Outil de base : propagation d'ondes dans les sols stratifiés
– Application : étude des vibrations induites par le métro
● Prise en compte des
incertitudes de modèles
concernant le bâtiment
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Analyse stochastique pour la propagation d'ondes
● Recherche de méthodes d'approches simplifiées
– Référence : modèles déterministes directs (chers)
– Développement de méthodes d'approximation simplifiées (inspiration de la physique)
– Détermination de structures a priori d'opérateurs d'impédance (en vue d'une détermination aléatoire de ceux-ci)
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Réduction de modèle pour la dynamique
● Réduire de manière drastique le nombre de degrés de liberté d'une structure pour rendre abordable
– L'optimisation
– Le stochastique
– Le recalage
● Choix et sélection adaptative des bons modes de représentation de la structure
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Réduction de modèle pour la dynamique
3D détaillé
Réduction : hypothèses tranche
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● Propagation d'ondes moyenne/haute fréquence
– Grandes structures et courtes longueurs d'ondes (chocs pyrotechniques)
– Méthode Galerkin discontinue en temps
– Maillage adaptatif (estimateurs d'erreur)
Adapativité en maillage
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Adaptativité en modèle
● Propagation de fissures
– Adapation modèle 3D en pointe de fissure
– Endommagement non-linéaire
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Contact pour les milieux enchevêtrés
● Contacts entre fibres en grandes transformations
● Discrétisation a priori et automatique du contact à partir de la construction d'une géométrie intermédiaire
● Extension progressive des problématiques de câbles à d'autres milieux
– Tissés textiles
– Ligaments de l'épaule
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Contact pour les milieux enchevêtrés
● Approche de milieux enchevêtrés généralisés
– Introduction de structures aléatoires
– Vers l'identification du comportement complexe de ces milieux
– Applications
● Amas de nanotubes de carbone
● Laine de verre
● Tissus biologiques
(biomécanique)
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Une concrétisation dans des logiciels
● Des méthodes qui se concrétisent dans des logiciels
– Un des savoir-faire spécifique de l'équipe
– Justifié par les domaines particuliers visés (niches)
– Garantie d'une efficacité des méthodes proposées et d'une implication avec les partenaires utilisant le logiciel
– Gros travail souterrain (développement, maintenance, notices, formation, assistance)
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Une pérennisation dans des logiciels
● Gefdyn
– Phénomènes couplés non-linéaires (dynamique biphasique)
– Des implantations variées (industrielles - De Ceren Ville, Coyne et Bellier, EdF, BRGM - et universitaires - Portugal, Suisse, Italie, Russie)
● MISS
– Module d'Interaction Sols Structures
– Éléments finis de frontière pour la propagation d'ondes en milieux stratifiés
– Interfaces avec Gefdyn, SDT, Code_Aster
– En production à EDF (assurance qualité)
● OOFE
– Adaption de maillages et modèles
– Développement en orienté objet (C++)
– Plate-forme d'accueil de plusieurs thèses
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Une pérennisation dans des logiciels
● Multifil
– Milieux enchevêtrés
– Développé pour Michelin (modélisation des renforts câblés)
– Utilisation industrielle en dimensionnement avant-projets
● Structural Dynamic Toolbox (SDT)
– Partenariat avec le projet de logiciel libre Openfem (INRIA)
– Start-up hébergée au laboratoire : 500 installations dans 20 pays
● Code_Aster (EDF)
– Plate-forme d'accueil des développements Arlequin et méthode continue pour le contact
– Alternative au développement autonome en interne
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Moyens correspondants
● Projet d'achat d'un supercalculateur parallèle
– Développement de méthodes spécifiques pour le passage de gros calculs
● Assistance d'un ingénieur recherche pour le développement
– Aide centralisée aux outils et méthodes de développement
– Recherche d'éléments communs fédérateurs
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Coopérations
● Industrielles
– Institutionnels : EDF, IFP,BRGM
– Transport, Automobile : Michelin, PSA, SNCF, Péchiney
– Aérospatial : EADS-ST, CNES, SNECMA
● Universitaires
– Au sein du LMSSMat
– INRIA (Openfem)
– Fédération Francilienne de Mécanique
● Modélisation numérique multi-échelles espace-temps, bio-mécanique,
modélisation des procédés de fabrication, propagation des ondes
– Européennes
● Louvain (thèses en co-tutelle)
● Thessalonique, Cambridge
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Conclusions
● Des approches variées et spécialisées
● Deux fondements
– Développement de méthodes d'approches de phénomènes mécaniques complexes
– Capitalisation du savoir-faire dans des logiciels
● Savoir-faire reconnu par des collaborations industrielles et universitaires
● Formations
– 11 thèses soutenues, 13 en cours