Comité d'évaluation LMSSMat - 3 Décembre 2004 - Méthodes et logiciels pour la simulation numérique en mécanique Laboratoire de Mécanique des Sols Structures

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


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)


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


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)


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


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


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)


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


Réduction de modèle pour la dynamique

3D détaillé

Réduction : hypothèses tranche


● 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


Adaptativité en modèle

● Propagation de fissures

– Adapation modèle 3D en pointe de fissure

– Endommagement non-linéaire


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


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)


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)


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


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


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


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


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

Documents

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