Optimisation des temps de calculs dans le domaine de la simulation par éléments discrets pour des applications ferroviaires

par Thi minh Phuong Hoang Thi Minh Phuong

Thèse de doctorat en Mécanique et Génie civil

Sous la direction de David Dureisseix.

Soutenue le 05-12-2011

à Montpellier 2 , dans le cadre de Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014) , en partenariat avec LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (laboratoire) .

Le jury était composé de David Dureisseix, Pierre Alart, Laurent Champaney, Gilles Saussine, Mathieu Renouf.

Les rapporteurs étaient Mikaël Barboteu, Jérôme Fortin.


  • Résumé

    La dégradation géométrique de la voie ballastée sous circulation commerciale nécessite des opérations de maintenance fréquentes et onéreuses. La caractérisation du comportement des pro-cédés de maintenance comme le bourrage, la stabilisation dynamique, est nécessaire pour proposer des améliorations en terme de méthode, paramétrage pour augmenter la pérennité des travaux. La simulation numérique d'une portion de voie soumise à un bourrage ou une stabilisation dynamique permet de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans le ballast. Toutefois, la complexité numérique de ce problème concernant l'étude de systèmes à très grand nombre de grains et en temps de sollicitation long, demande donc une attention particulière pour une résolution à moindre coût. L'objectif de cette thèse est de développer un outil de calcul numérique performant qui permet de réaliser des calculs dédiés à ce grand problème granulaire moins consommateur en temps. La méthodologie utilisée ici se base sur l'approche Non Smooth Contact Dynamic s(NSCD) avec une discrétisation par Éléments Discrets (DEM). Dans ce cadre, une méthode de dé-composition de domaine (DDM) alliée à une parallélisation adaptée en environnement à mémoire partagée utilisant OpenMP sont appliquées pour améliorer l'efficacité de la simulation numérique.

  • Titre traduit

    Optimization of computation time in the numerical simulation using discrete element method. Application to railway ballast


  • Résumé

    The track deterioration rate is strongly influenced by the ballast behaviour under commercial traffic. In order to restore the initial track geometry, different maintenance processes are performed, like tamping, dynamic stabilisation. A better understanding of the ballast behaviour under these operations on a portion of railway track is a key to optimize the process, to limit degradationand to propose some concept for a better homogeneous compaction. The numerical simulation isdeveloped here to investigate the mechanical behaviour of ballast. However, the main difficultiesof this research action concerns the size of the granular system simulation increasing both in termof number of grains and of process duration. The purpose of this thesis is to develop an efficient numerical tool allows to realize faster computations devoted to large-scale granular samples. In this framework, the Non-Smooth Contact Dynamics (NSCD) of three-dimensional Discrete ElementMethod (DEM) simulations, improved by Domain Decomposition Method (DDM) and processedwith the Shared Memory parallel technique (using OpenMP) has been applied to study the ballast media mechanics.


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