Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numérique en Grandes Transformations Thermomécaniques Rapides Olivier Pantalé – 13 Juillet 2005 1

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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 1 Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal Groupe G 2 TR Equipe CMAO 13 Juillet 2005 Habilitation Diriger des Recherches Institut National Polytechnique de Toulouse Laboratoire Gnie de Production - ENIT
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 2 Introduction et positionnement Curriculum Vitae Activits denseignement et de recherche Modlisation numrique de la coupe des mtaux Mise en uvre de modles numriques de simulation de la coupe Synthse des difficults de modlisation de la coupe Lois de comportement en Grandes Transformations Formulation mcanique en Grandes Transformations Approche exprimentale Dveloppement du code de calcul DynELA Implmentation numrique et validation du code de calcul Paralllisation du solveur Plateforme Oriente-Objets de dveloppement Intgration de nouveaux algorithmes Dveloppement dapplication spcifiques Conclusions et travaux futurs Sommaire de la prsentation Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 2
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 3 Curriculum Vitae Olivier Pantal N le 9 mai 1969 Cahors (Lot) Mari, 1 enfant Grades et titres 1996Doctorat de lUniversit de Bordeaux I 1992DEA de mcanique (Bordeaux I) 1992Diplme dingnieur de Production (ENIT) Position actuelle 1998Matre de Confrences 60 me section lENIT
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 4 Historique des activits de recherche au LGP 2000200519911995 Thse Dveloppement numrique de DynELA Laboratoire didentification Modlisation numrique de la coupe des mtaux Laboratoire PEARL J. L. Bacaria C. Sattouf I. Nistor L. Menanteau ATER Vacataire MCF section 60 Contractuel
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 5 Encadrement de travaux de recherche Encadrement de thses de doctorat J. L. Bacaria (13 novembre 2001)30% Un modle comportemental et transitoire pour la coupe des mtaux C. Sattouf (30 juin 2003)40% Caractrisation en dynamique rapide du comportement de matriaux utiliss en aronautique L. Menanteau (25 octobre 2004)50% Dveloppement dun module de prototypage virtuel multi-physique, multi-domaine et multitemps: Application aux convertisseurs de puissance I. Nistor (dbut novembre 2005)30% Identification exprimentale et simulation numrique de lendommagement en dynamique rapide: Application aux structures aronautiques Encadrement de DEA 10 stages de DEA encadrs depuis 1996
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 6 Activits administratives Activits lies la recherche Membre de lassociation DYMAT Membre dtach au sein du laboratoire PEARL ALSTOM Responsable du laboratoire didentification dynamique Responsable des moyens de calcul numriques de lquipe CMAO Activits collectives et administratives Membre titulaire du conseil dAdministration de lENIT Responsable de la coordination des enseignements de mcanique Membre de la commission informatique Membre de la commission bibliothque
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 7 Activits denseignement Cours M2RGrandes Transformations Therm. Rapides12 h 5 me AElments finis de structures21 h 5 me AModule optionnel CMAO9 h 5 me ASystmes Unix6 h 4 me AMachines mcaniques et Turbomachines24 h 4 me AThermodynamique24 h 4 me AMcanique des milieux continus48 h Travaux dirigs 4 me AMachines mcaniques et Turbomachines8 h Travaux pratiques M2RGrandes Transformations Therm. Rapides4 h 5 me AElments finis de structures4 h 4 me AElments finis linaires4 h volumes horaires exprims en heures quivalent TD
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 8 Objectif des travaux de recherche Proposer un ensemble doutils numriques et exprimentaux intgrs au sein dune plateforme de prototypage virtuel Dvelopper sur le plan exprimental : Une plateforme didentification du comportement de matriaux soumis de fortes sollicitations thermomcaniques. Dvelopper sur le plan numrique : Une plateforme de simulation numrique en Grandes Transformations base sur le code de calcul Orient-Objets DynELA. Positionnement dans le cadre de la modlisation numrique des structures soumises de Grandes Transformations.
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 9 Modlisation numrique de la coupe des mtaux Mise en uvre de modles numriques de simulation de la coupe Synthse des difficults de modlisation de la coupe Sommaire de la prsentation Introduction et positionnement Curriculum Vitae Activits denseignement et de recherche
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 10 Modlisation numrique de la coupe des mtaux 2000200519911995 P. Joyot Coupe orthogonale continue O. Pantal Coupe orthogonale et oblique 3D continue J. L. Bacaria Coupe orthogonale et fraisage 3D discontinus Formulation ALE
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 11 Modles de coupe stationnaires ALE Formalisme ALE tendance Eulrienne Ecoulement de la matire en rgime stationnaire Actualisation des surfaces libres du modle Modlisation de la coupe
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 12 Coupe orthogonale 2D P. Joyot, R. Rakotomalala, O. Pantal, M. Touratier and N. Hakem A Numerical Simulation of Steady State Metal Cutting Journal for Mechanical Engineers, 212: 331-341, 1998 Influence du frottement Influence de lusure en cratre de loutil Champ de tempratures Champ de contraintes
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 13 Coupe orthogonale et oblique 3D O. Pantal, R. Rakotomalala and M. Touratier An ALE Three-Dimensional Model of Orthogonal and Oblique Metal Cutting Processes International Journal of Forming Processes, 1 (3): 371-388, 1998 Modlisation tridimensionnelle Premire approche numrique 3D Apports de la 3 me dimension (gonflement latral du copeau) Corrlation temprature / usure de la face de coupe Apports de la coupe oblique / coupe orthogonale
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 14 Coupe transitoire 2D Modles de coupe stationnaires ALE Formalisme ALE tendance Lagrangienne Critre dendommagement de Johnson-Cook Dtermination exprimentale de la loi dendommagement J.L. Bacaria, O. Dalverny, O. Pantal and R. Rakotomalala Transient Numerical models of metal cutting using the Johnson-Cook's Rupture Criterion International Journal of Forming Processes, 5: 53-70, 2002 Thse de J.L. Bacaria
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 15 Coupe transitoire 3D Modles de coupe transitoires ALE Formalisme ALE tendance Lagrangienne Modlisation numrique dune opration de fraisage O. Pantal, J. L. Bacaria, O. Dalverny, R. Rakotomalala and S. Caperaa 2D and 3D numerical models of metal cutting with damage effects Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 193 (39-41) : 4383-4399, 2004 r =120 tr/minV c =50 m/s =3 mm =30 n=8
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 16 Synthse des difficults lies la SN de la coupe Identifier au plus prs des sollicitations relles Simplicit de mise en uvre des essais Universalit des lois de comportement Dveloppement dune plateforme didentification Approche comportementale chelle msoscopique Grandes Transformations Thermomcaniques rapides Identification des paramtres des lois de comportement O. Pantal, I. Nistor, O. Dalverny, E. Gorce and S. Caperaa Caractrisation du comportement dynamique des matriaux partir dessais dimpact 1 er Sminaire Optimus - ENSAM de Bordeaux, mai 2004
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 17 Synthse des difficults lies la SN de la coupe Utilisation de logiciels spcialiss Boites noires non adaptes des travaux de recherche Difficults lies au caractre commercial de ces codes Dveloppement dun code de calcul spcifique Choix dun formalisme GT Modles comportementaux volus Algorithmes de contact volus Calcul parallle et DDM Couplage multi-physique Choix effectif au sein du laboratoire Codes de calcul commerciaux classiques non adapts O. Pantal and S. Caperaa Dveloppement d'un code de calcul explicite en grandes transformations: Application la coupe des mtaux 2 me Sminaire Optimus - ENSAM de Cluny, octobre 2004
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 18 Modlisation numrique de la coupe des mtaux Mise en uvre de modles numriques de simulation de la coupe Synthse des difficults de modlisation de la coupe Lois de comportement en Grandes Transformations Formulation mcanique en Grandes Transformations Approche exprimentale dveloppe au laboratoire Sommaire de la prsentation
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 19 Formulation co-rotationnelle objective Plasticit J 2 crouissage isotrope/cinmatique combin Intgration base sur lutilisation du retour radial Prdiction lastique Correction plastique Formulation hypo-lastique GT
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 20 Lois dcoulement plastique Lois dcoulement: Zerilli-Armstrong Johnson-Cook Ramberg-Osgood Niveau de vitesse de dformation accessible en fonction du type dessai Thse de C. Sattouf Barres dHopkinson Essais dimpact 5.10 2 s -1 5.10 3 s -1 5.10 6 s -1 5.10 12 s -1 Techniques utilisant des explosifs
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 21 Integration numrique Retour radial Dcomposition additive des vitesses de dformation Schma implicite dordre 1 Prise en compte de lobjectivit Rotation Finale Instantane n+1 n e Prdiction lastique Correction plastique O. Pantal and S. Caperaa Development of an object-oriented finite element program: application to metal forming and impact simulations Journal of Computational and Applied Mathematics, 168: 341-351, 2004
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 22 Dispositif exprimental Tube Chambre de tir (sous vide) Barrire opto- electronique Mesure de vitesse Culasse et rservoir Diamtre du tube = 20 mm Longueur du tube = 1400 mm V max = 350 m/s Pression maxi = 180 bar Masse du projectile = 30 gr
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 23 Gamme des essais exprimentaux Essai dextrusion rapide Essai de traction dynamique Essai de cisaillement dynamique Essai de Taylor Essai de rupture dynamique
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 24 Extraction des rponses exprimentales Procd macro-photographique numrique de mesure Extraction automatique des contours dune pice Rsolution: 8 m pour un rapport macro 1:1 (capteur 16x24 mm)
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 25 Rsultats essais Identification paramtrique Modle Elments Finis Paramtres identifis Rsultats numriques I. Nistor, O. Pantal, S. Caperaa and C. Sattouf Identification of a dynamic viscoplastic flow law using a combined Levenberg-Marquardt and Monte-carlo algorithm VII Complas conference, Barcelona, 2003
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 26 Exemple didentification Identification partir de deux essais dynamiques Matriau : 42CrMo4 Loi de Johnson-Cook TestA (Mpa)B (Mpa)nC Taylor8066140.1680.0089 Traction8176990.1570.0088 Essai de Taylor V i = 328 m/s Essai de traction V i = 96 m/s
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 27 Lois de comportement en Grandes Transformations Formulation mcanique en Grandes Transformations Approche exprimentale Dveloppement du code de calcul DynELA Implmentation numrique et validation du code de calcul Paralllisation du solveur Sommaire de la prsentation
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  • Plateforme de Prototypage Virtuel pour la Simulation Numrique en Grandes Transformations Thermomcaniques Rapides Olivier Pantal 13 Juillet 2005 28 Code de calcul DynELA Solveur Elments-Finis : 80.000 lignes de code C++ Interprteur de commande : 10.000 lignes de code C++, Lex et Yacc Post-processeur graphique : 20.000 lignes de code C++ Uti...

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