Formulation multiphysique et discrétisations multi-échelles des éléments finis du couplage thermo-électro-magnéto-mécanique pour la conception de matériaux intelligents

Multiphysics formulation and multiscale finite element discretizations of thermo-electro-magneto-mechanic coupling for smart materials design

• Auteur / Autrice : Pablo Moreno Navarro
• Direction : Adnan Ibrahimbegovic, José Luis Pérez Aparicio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique Numérique : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Capteurs (technologie)

Formes différentielles

Viscoplasticité

Électromagnétisme

Thermodynamique

Matériaux intelligents

Méthode des éléments discrets

Analyse multiéchelle

Éléments finis, Méthode des

Mots clés libres

Multiphysique

Couplage électromagnétique-thermomécanique

Finite Element Method (FEM)

Multiphysics

Electromagnetic-thermomechanical coupling

Thermodynamics

Viscoplasticity

Embedded discontinuity

Withney discretization

Differential forms

Sensors

Actuators

Smart materials

Résumé

Les algorithmes numériques basés sur la méthode des éléments finis seront spécialisés dans l’analyse, la conception et l’optimisation de capteurs et d’actionneurs (S-A), ainsi que dans leur application aux structures intelligentes. Les S-A basés sur des actifs tangibles peuvent coupler plusieurs domaines, tels que les domaines mécanique, électrique, magnétique et thermique. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment dans les structures intelligentes, la surveillance des dommages ou l’aérodynamique. Malgré l’expérience considérable de ces études, les étapes abordées consistent d’abord à développer une formulation thermodynamiquement cohérente à l’échelle macro pour introduire des modèles de plasticité; deuxièmement, fournir les outils permettant de prendre en compte les hétérogénéités des modèles multi-échelles pour les matériaux intelligents. L’objectif principal est la mise au point d’un code informatique de recherche permettant de simuler et d’étudier les performances, non seulement des S-A eux-mêmes, mais également des structures intelligentes dans lesquelles ces S-A seront montés.

Numerical algorithms based on the Finite Element Method will be specialized for Analysis, Design, and Optimization of Sensors and Actuators (S-A) and their Application to Smart Structures. The S-A based on tangible assets can couple several fields, such as mechanical, electrical, magnetic, and thermal. They are used in many applications, particularly in smart structures, damage monitoring, or aerodynamics. Despite the considerable experience in these studies, the steps addressed are first to develop a thermodynamically consistent formulation for macro-scale to introduce plasticity models; second, to provide the tools to take into account the heterogeneities of multi-scale models for smart materials. The main objective is the development of a research computer code to simulate and study the performance, not only of the S-A themselves but also of the smart structures in which these S-A will be mounted.