Approches numérique multi-échelle/multi-modèle de la dégradation des matériaux composites

Multiscale / multimodel computational approach to the degradation of composite materials

• Auteur / Autrice : Josselyn Touzeau
• Direction : Hachmi Ben Dhia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 30/10/2012
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-2021) - Laboratoire de mécanique des sols- structures et matériaux / MSSMat
• Jury : Président / Présidente : Michel Potier-Ferry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hachmi Ben Dhia, Christian Rey, Nicolas Carrere, Vincent Chiaruttini, David Marsal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Rey, Nicolas Carrere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multiéchelle

Aéronautique

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Methode arlequin

Decomposition de domaine

Maillages incompatibles

Arlequin method

Domain decomposition

Non conform meshes

Résumé

Nos travaux concernent la mise en oeuvre d’une méthode multiéchelle pour faciliter la simulation numérique de structures complexes, appliquée à la modélisation de composants aéronautiques (notamment pour les pièces tournantes de turboréacteur et des structures composites stratifiées). Ces développements sont basés autour de la méthode Arlequin qui permet d’enrichir des modélisations numériques, à l’aide de patchs, autour de zones d’intérêt où des phénomènes complexes se produisent. Cette méthode est mise en oeuvre dans un cadre général permettant la superposition de maillages incompatibles au sein du code de calcul Z-set{Zébulon, en utilisant une formulation optimale des opérateurs de couplage. La précision et la robustesse de cette approche ont été évaluées sur différents problèmes numériques. Afin d’accroître les performances de la méthode Arlequin, un solveur spécifique basé sur les techniques de décomposition de domaine a été développé pour bénéficier des capacités de calcul offertes par les machines à architectures parallèles. Ces performances ont été évaluées sur différents cas tests académiques et quasi-industriels. Enfin, ces développements ont été appliqué à la simulation de problèmes de structures composites stratifiées.

Our work concerns the implementation of a method for convenient multiscale numerical simulation of complex structures, applied to the modeling of aircraft components (including rotating parts made of jet engine from laminate composite structures). These developments are based on the Arlequin method which allows to enrich numerical modeling, using patches around areas of interest where complex phenomena occur. This method is implemented in a general framework in order to link made of incompatible meshes in the Z-set{Zébulon finite element code, using an optimal formulation of the coupling operators. The accuracy and robustness of this approach were evaluated on various numerical problems. To increase the performance of the Arlequin method, a specific solver based on domain decomposition techniques has been developed to take advantage of computing capabilities offered by parallel machine architectures. Its performance has been evaluated on different numerical assessments from academic to industrial tests. Finally, these developments have been applied to the simulation of problems made of laminate composite structures.