Accélération des calculs pour la simulation du laminage à pas de pèlerin en utilisant la méthode multimaillages

par Koffi Woloe Kpodzo

Thèse de doctorat en Mécanique numérique

Sous la direction de Lionel Fourment et de Pierre Montmitonnet.

Le président du jury était Hachmi Ben Dhia.

Le jury était composé de Lionel Fourment, Pierre Montmitonnet, Alexis Gaillac.

Les rapporteurs étaient Laurent Stainier, Jean-Philippe Ponthot.


  • Résumé

    Ce travail vise à accélérer les calculs lors de la simulation numérique du laminage à pas de pèlerin. Pour ce faire, nous nous sommes penchés sur la méthode Multimaillages Multiphysiques Parallèle (MMP) implémentée au sein du code Forge®, et destinée à accélérer les calculs pour des procédés de mise en forme à faible où la déformation est très localisée sur une petite zone du domaine. Dans cette méthode, un maillage localement raffiné dans la zone de déformation et plus grossier sur le reste du domaine est utilisé pour résoudre les équations mécaniques, alors qu'un maillage uniformément raffiné est retenu pour le calcul thermique. Le calcul mécanique étant le plus coûteux, la réduction du nombre de nœuds de son maillage permet d'obtenir des accélérations très importantes. Le maillage de calcul thermique étant uniformément fin, il sert aussi de maillage de stockage pour les champs calculés pour les deux physiques. Pour appliquer la efficacement méthode MMP au laminage à pas de pèlerin, plusieurs aspects importants ont été pris en compte. Tout d'abord la géométrie complexe du tube nécessite le développement d'une technique de déraffinement spéciale afin d'assurer un déraffinement maximal tout en garantissant un maillage convenable pour des calculs. Une technique de déraffinement de maillage utilisant une métrique anisotrope cylindrique a été alors développée. Ensuite, avec la loi de comportement élastoplastique utilisée, des perturbations importantes sont observées sur les contraintes dues aux diffusions numériques engendrées par les différents types de transports des champs P0 (constants du maillage thermique vers le maillage mécanique. Pour y remédier, une approche combinant deux techniques a été développée. La première consiste à effectuer la réactualisation des variables d'état directement sur le maillage mécanique plutôt que sur le maillage thermique et de les transporter ensuite. La deuxième technique est l'utilisation d'un opérateur de transport P0 basé sur un recouvrement super convergent (SPR) et la construction de champs d'ordre supérieur recouvrés. De bonnes accélérations sont alors obtenues sur les cas de laminage à pas de pèlerin étudiés, allant jusqu'à un facteur 6,5 pour la résolution du problème thermomécanique. Les accélérations globales de simulation vont jusqu'à un facteur 3,3 sur un maillage contenant environ 70 000 nœuds en séquentiel. En parallèle les performances chutent légèrement, mais elles restent semblables (2,7).

  • Titre traduit

    Speeding-up numerical simulation of cold pilgering using a mutlimesh method


  • Résumé

    This work aims at speeding-up the calculations of the numerical simulation of the cold pilgering process. To this end, it is focused on a Parallel Multiphysics Multimesh (MMP) method that bas been implemented in the Forge® code; this method is dedicated to speeding-up the calculations for processes in which the deformation is localized within a small area of the computational domain. A locally refined mesh is used to solve the mechanical equations while a uniformly refined mesh serves as basic mesh to store state variables and is preferred for thermal calculations. The mechanical computations being the most expensive, reducing the number of nodes of its mesh provides high speed-ups. To effectively apply MMP method to cold pilgering process, many important aspects have been taken into account. Firstly the complex geometry of the tube requires the development of a special mesh coarsening technique, in order to ensure a maximum coarsening while guaranteeing a suitable mesh for calculations. A technique using a cylindrical anisotropic metric is then introduced. Afterwards, with the elastoplastic behaviour law used for the considered process, inaccuracies were observed on the stress field. They are mainly due to the numerical diffusion generated by the different transfers operations of P0 variables (constant per element) from the thermal mesh to the mechanical one. To remedy this issue, an approach combining two techniques has been developed. Firstly state variables are directly updated on the mechanical mesh, instead of doing it on the thermal mesh before transferring them on the the mechanical mesh. The second technique consists in using a P0 transfer operator based on super convergent recovery (SPR) technique, which improves the accuracy of the transported field through introduction of higher order recovered fields. High speed-ups are obtained on the studied cold pilgering cases, up to a factor 6,5 for the resolution of the thermomechanical problem, and the global simulation speed-up is up to a factor of 3,2, on a mesh with about 70 000 nodes in sequential calculations. For parallel calculations performances slightly drop but remain quite good.


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