Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
La montée en maturité d’une méthode de calcul scientifique est un enjeu d’innovation pour les éditeurs de codes de calcul et leurs utilisateurs industriels. Ce retour d’expérience présente l’exemple d’un projet de R&D industriel réussi autour de l’intégration de nouvelles fonctionnalités de calcul dans un outil généraliste, permettant de modéliser les interactions fluide-structure. Le projet, conduit à la suite de travaux de doctorat, a impliqué un éditeur de code et un groupe industriel, utilisateur de l’outil.
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The development of numerical techniques within engineering tools, such as finite element codes, is of significant importance for many industrial compagnies which are using simulation for innovation purposes or for the demonstration of reliability and security of various critical systems. In the present article a R&D project, jointly carried out by an international code editor and an industrial code user is discussed, giving possible answer to tackle the gap between academic research and industrial applications.
Auteur(s)
-
Jean-François SIGRIST : Ingénieur-chercheur, journaliste scientifique - Expertise & communication scientifiques (eye-PI) – Tours, France
INTRODUCTION
La montée en maturité d’une méthode de calcul scientifique, de sa formalisation mathématique à son application pratique, en passant par son implémentation numérique, est un enjeu d’innovation pour les acteurs industriels de la simulation numérique (chercheurs en modélisation numérique, éditeurs de codes de calcul, utilisateurs d’outils de simulation).
Accomplir l’ensemble du cycle de montée en maturité et rendre disponible à une communauté d’utilisateurs de nouvelles fonctionnalités de calcul demandent de travailler avec l’ensemble des acteurs aux différentes étapes clefs (formalisation, validation, implémentation, commercialisation).
On propose un retour d’expérience sur un projet de R&D industriel visant à intégrer dans un code de calcul éléments finis généraliste de nouvelles fonctionnalités de calcul pour des problèmes de mécanique mettant en jeu la modélisation des interactions fluide/structure. Réalisé à la suite de travaux de doctorat, le projet a impliqué un éditeur de solutions numériques et un industriel, utilisateur du code de calcul. Il a conduit à l’amélioration de l’offre proposée par le code de calcul et a permis diverses applications de ces fonctionnalités à des problématiques intéressant le secteur de la construction navale et celui de l’industrie nucléaire.
Domaines : innovation, recherche collaborative
Entreprises concernées : constructeurs (navires, automobiles, aéronefs, systèmes de production d’énergie), éditeurs de logiciels (calcul scientifique, simulation numérique, HPC), bureaux d’études (calculs vibro-acoustiques, bruits et vibrations, etc.)
Technologies/méthodes impliquées : modélisation numérique, calcul scientifique, éléments finis
Secteur : constructions mécaniques
KEYWORDS
numerical simulation | fluid-structure interaction | numerical calculation code
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
2. Mise en œuvre du projet/ actions menées
2.1 Aspects techniques
Le projet consiste à intégrer de nouvelles formulations d’éléments finis dans un code de calcul et de proposer des cas de validation et d’application attestant de la qualité des développements. Les différents aspects de ce projet couvrent des aspects :
-
théoriques : il s’agit de proposer une synthèse comparative des différentes modélisations mathématiques pour traiter des interactions fluide-structure, pour des problèmes bidimensionnels à symétrie de révolution, avec prise en compte des effets de gravité et permettant de réaliser des calculs fondés sur des approches modales : à cette fin, on retient de développer une formulation à trois champs ; en se fondant sur des publications scientifiques, ou en écrivant de nouvelles solutions mathématiques pour des cas analytiques, utiles à la validation des développements ;
-
informatiques : il s’agit d’intégrer ces nouvelles fonctionnalités dans le code ANSYS, en s’appuyant sur l’architecture informatique générale de l’outil et, tout en réutilisant les fonctionnalités existantes (les procédures de calcul de matrices élémentaires, d’assemblage des matrices globales, d’extraction de quantités modales, de projection sur base modale, etc.) et en respectant les procédures de développement propres à ANSYS Inc. ;
-
numériques : il s’agit de réaliser divers tests de validation des développements, portant sur des problèmes de complexité croissante (en matière de géométrie et en matière de simulations réalisées).
Parmi les cas de validation élémentaire, on s’intéresse au problème décrit par la figure 1, qui permet de vérifier le calcul des modes en basse et haute fréquences, pour une géométrie bidimensionnelle et axisymétrique.
La figure 2 donne un exemple de résultat d’une analyse modale, avec lequel on vérifie en particulier les propriétés attendues sur le calcul et le cumul des masses effectives des modes du système, ceci étant l’un des points nécessaires à la mise en œuvre de méthodes sismiques.
D’autres cas de validation analytique sont proposés afin de consolider les développements. Ils sont ensuite complétés...
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Mise en œuvre du projet/ actions menées
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AXISA (F.) - Modelling of Mechanical Systems. - Vol. 3: Fluid-Structure Interaction. Elsevier (2006).
-
(2) - GIBERT (R.-J.) - Vibration des structures. Interaction avec les fluides. Sources d’excitation aléatoires. - Collection de la Direction des Études et Recherches d’Électricité de France, vol. 69, Eyrolles (1986).
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(3) - MORAND (H.-J.-P.), OHAYON (R.) - Fluid Structure Interaction. - Wiley & Sons (1995).
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(4) - PREVOST (M.-E.) - Validation préliminaire du code de calcul ANSYS pour des applications à des calculs couplés en interaction fluide/structure. - Mémoire de master, ENSEIRB-MATMECA/université de Bordeaux (2003).
-
(5) - BOUJOT (J.) - Mathematical Formulation of Fluid-Structure Interaction Problems. - Mathematical Modeling and Numerical Analysis, 21, 239-260 (1987).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
ABAQUS – https://www.3ds.com/fr/produits-et-services/simulia/produits/abaqus/
ANSYS Inc. – https://www.ansys.com
CASTEM – http://www-cast3m.cea.fr
Code_Aster – https://www.code-aster.org
INTES – http://www.intes.de
Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)ASME
Collège de Polytechnique
http://www.collegepolytechnique.com
MULTIPHYSICS
NAFEMS
ADDL
GéM/Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique
Principia
http://www.principia-group.com
Vibratec
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