Academic literature on the topic 'Adaptatif mesh'

Les méthodes d’adaptation de maillage anisotrope par champ de métriques sont aujourd’hui matures pour les simulations stationnaires mais leur extension aux problèmes instationnaires, a fortiori en géométries mobiles, reste problématique. Cette étude étend l’adaptation de maillage multi-échelles par champ de métriques aux problèmes instationnaires en géométries fixes et mobiles. Pour réduire le temps de calcul, une stratégie de déformation de maillage limitant les types d’opérations de remaillage autorisés a été adoptée. Il est ainsi démontré en pratique qu’il est possible de déplacer des objets en 3D sur de grandes distances à nombre de sommets constant avec un gain conséquent en temps CPU. Un nouveau schéma numérique gère les changements de connectivité du maillage de manière cohérente avec la description ALE du fluide. Ces méthodes ont été appliquées à la simulation d’écoulements autour de géométries complexes 2D et 3D.

Nous montrons dans cette thèse la capacité des schémas numériques modernes à simuler des écoulements turbulents sur des maillages totalement non-structurés générés automatiquement à l’aide de méthodes adaptatives. Nous détaillons le développement de différentes versions du modèle de Spalart-Allmaras ainsi que les choix numériques garantissant une robustesse suffisante du solver pour ne pas nécessiter de couche limite structurée. Nous introduisons en suite l’analyse d’erreur nécessaire pour proposer different estimateurs d’erreur à la base de l’optimisation de maillage. Cette méthodologie est testée sur différents cas tests d’aérodynamique externe et de turbomachines et comparée aux méthodes traditionnelles de géneration de maillage. Nous montrons ainsi la capacité des méthodes d’adaptation de maillage à générer automatiquement des maillages adaptés optimaux pour les simulations RANS autour de géométries réalistes et complexes<br>The fast and reliable simulation of turbulent flow using Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) models is a major financial issue for many industries. With the increasing complexity of geometries and simulated flows, as well as requirements in terms of fidelity, the generation of appropriate meshes has become a key link in the chain of computation. We show in this thesis the ability of modern numerical schemes to simulate turbulent flows on fully unstructured meshes generated automatically using mesh adaptation methods. We present the implementation of different versions of the Spalart-Allmaras model as well as the numerical choices guaranteeing a sufficient robustness of the solver in order to not require a structured boundary layer. We then introduce the error analysis necessary to propose different error estimators for mesh optimization. This methodology is tested on various external aerodynamic and turbomachinery test cases and compared to traditional mesh generation methods. We show the ability of mesh adaptation methods to automatically generate optimal mesh sizes for RANS simulations on realistic and complex geometries

An improved adaptive triangle and tetrahedral adaptive mesh generator has been developed. The interfaces of B-Rep which is used to smooth over the differences in various CAD systems and the mesh data structures based on topology and relation matrix are also introduced. For 3D combined surfaces, an extended Advancing Front Technique (AFT) is extended to overcome the meh quality-worsening problem in closed surface mesh generation due to introducing virtual boundaries into 2D open parametric domains in resulting generate high-quality meshes and guarantee convergence in both open and closed surfaces. Ffor the shifting-AFT, it's not necessary to introduce virtual boundaries manually and automatically while meshing a closed surface, better-shaped triangles will be generate. Comparing with direct methods, the shifting-AFT avoids carrying out costly and unstable 3D geometrical computations in real space. During rolling back of tetrahedral meshing the advancing path is changed by changing front's preferential factor, the times of rolling back is decreased significantly. Moreover, node inserting based on linear programming technique improves the convergence of the algorithm. At the end, a robust backward search method based on walk-through algorithm is proposed to deal with the searching problems in non-convex fields and to avoid the problems of infinite loop

Ce travail de thèse présente l'implémentation de la simulation d'écoulements diphasiques dans des conditions de réacteurs nucléaires à caloporteur eau, à l'échelle de bulles individuelles. Pour ce faire, nous étudions plusieurs modèles d'écoulements thermohydrauliques et nous focalisons sur une technique de capture d'interface mince entre phases liquide et vapeur. Nous passons ainsi en revue quelques techniques possibles de maillage adaptatif (AMR) et nous fournissons des outils algorithmiques et informatiques adaptés à l'AMR par patchs dont l'objectif localement la précision dans des régions d'intérêt. Plus précisément, nous introduisons un algorithme de génération de patchs conçu dans l'optique du calcul parallèle équilibré. Cette approche nous permet de capturer finement des changements situés à l'interface, comme nous le montrons pour des cas tests d'advection ainsi que pour des modèles avec couplage hyperbolique-elliptique. Les calculs que nous présentons incluent également la simulation du système de Navier-Stokes incompressible qui modélise la déformation de l'interface entre deux fluides non-miscibles<br>This PhD work presents the implementation of the simulation of two-phase flows in conditions of water-cooled nuclear reactors, at the scale of individual bubbles. To achieve that, we study several models for Thermal-Hydraulic flows and we focus on a technique for the capture of the thin interface between liquid and vapour phases. We thus review some possible techniques for Adaptive Mesh Refinement (AMR) and provide algorithmic and computational tools adapted to patch-based AMR, which aim is to locally improve the precision in regions of interest. More precisely, we introduce a patch-covering algorithm designed with balanced parallel computing in mind. This approach lets us finely capture changes located at the interface, as we show for advection test cases as well as for models with hyperbolic-elliptic coupling. The computations we present also include the simulation of the incompressible Navier-Stokes system, which models the shape changes of the interface between two non-miscible fluids

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre des recherches menées dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire Roberval de l'Université de Technologie de Compiègne et l'équipe dans le cadre du projet ANR-14-CE07-0035 LASMIS de l'Institut Charles Delaunay de l'Université de Technologie de Troyes. Nous présentons dans ces travaux une h-méthodologie adaptative tridimensionnelle des éléments finis afin de représenter l'initiation et la propagation des fissures dans des matériaux ductiles. Un modèle élasto-plastique couplé à l'endommagement isotrope proposé par l'équipe du LASMIS/UTT est utilisé. Les applications visées à terme concernent principalement la mise en forme des métaux. Dans ce contexte, une formulation Lagrangienne actualisée est employée et des remaillages fréquents s'avèrent essentiels afin d'une part d'éviter les fortes distorsions d'éléments dues aux grandes déformations plastiques et d'autre part de suivre les modifications de la topologie résultant de la création de fissures. La taille du nouveau maillage doit permettre à moindre coût représenter avec précision l'évolution des gradients des quantités physiques représentatives des phénomènes étudiées (plasticité, endommagement...). Nous proposons des indicateurs empiriques de taille d'éléments basés sur la déformation plastique ainsi que sur l'endommagement. Une courbe définie par morceau représente l'évolution de la taille d'élément suivant la sévérité de la plasticité et le cas échéant de l'endommagement. Les fissures sont représentées par une méthode de destruction d'éléments qui permet une description aisée de la géométrie de ces dernières et une gestion simplifiée de la fissuration sans nul besoin de critères additionnels. En revanche, pour permettre une description réaliste des fissures, ces dernières doivent être représentées par l'érosion des éléments de plus petite taille. Un solveur ABAQUS/Explicit® est utilisé avec des éléments tétraédriques quadratiques (C3D10M) évitant notamment les problèmes de verrouillage numérique survenant lors de l'analyse de structures en matériau compressible ou quasi-incompressible. Le contrôle de la plus petite taille du maillage est important dans un contexte explicite. De surcroît, pour les phénomènes adoucissant, la solution dépend de la taille de maille considérée alors comme un paramètre intrinsèque. Une étude nous a permis de constater que lorsque le maillage est suffisamment raffiné, les effets de la dépendance au maillage se réduisaient. Dans la littérature, les coûts de maillage ou de remaillage fréquents sont souvent considérés comme prohibitifs et de nombreux auteurs s'appuient sur cet argument pour introduire, avec succès certes, des méthodes alternatives qui limitent le coût des opérations de remaillage sans toutefois les éliminer (XFEM par exemple). Nos travaux montrent que le coût d'un remaillage local est négligeable par rapport au calcul. Compte tenu de la complexité de la géométrie et de la nécessité de raffiner le maillage, la seule alternative à ce jour est d'utiliser un mailleur en tétraèdres. La stratégie de remaillage local en tétraèdre s'appuie sur une méthode de bisection suivie si nécessaire d'une optimisation locale du maillage proposé par A. Rassineux en 2003. Le remaillage, même local, doit s'accompagner de procédures de transfert de champ des variables nodales et aux points d'intégration. Les variables nodales sont, comme le fait la plupart des auteurs, transférées en utilisant les fonctions de forme éléments finis. Le transfert de champ en 3D aux points de Gauss et les nombreux problèmes sous-jacents ont été relativement peu abordés dans la littérature<br>This work is part of the research carried out in the framework of a collaboration between the Roberval laboratory of the Compiègne University of Technology and the team within the framework of the project ANR-14-CE07-0035 LASMIS of the Charles Delaunay Institute of Technology University of Troyes. In this work, we present a three-dimensional adaptive Pi-methodology of finite elements to represent the initiation and propagation of cracks in ductile materials. An elastoplastic model coupled with the isotropic damage proposed by the LASMIS / UTT team is used. The targeted applications will mainly concern the metal forming. In this context, an updated Lagrangian formulation is used and frequent remeshing is essential in order to avoid the strong distortion of elements due to large plastic deformations and to follow the modifications of the topology resulting in the creation of cracks. The size of the new mesh must allow at a lower cost to accurately represent the evolution of the gradients of the physical quantities representative of the studied phenomena (plasticity, damage ...). We propose empirical indicators of size of elements based on the plastic deformation as well as on the damage. A piecewise defined curve represents the evolution of the element size according to the severity of the plasticity and, if appropriate, the damage. The cracks are represented by a method of destruction of elements which allows an easy description of the geometry and a simplified treatment of the cracking without any need for additional criteria. On the other hand, to allow a realistic description of the cracks, the latter must be represented by erosion smaller elements. An ABAQUS / Explicit@ solver is used with quadratic tetrahedral elements (C3DIOM), avoiding in particular the problems of numerical locking occurring during the analysis of structures in compressible or quasi-incompressible material. The control of the smaller mesh size is important in an explicit context. In addition, for softening phenomena, the solution depends on the mesh size considered as an intrinsic parameter. A study has shown that when the mesh is sufficiently refined, the effects of mesh dependence are reduced. In the literature, the costs of frequent meshing or remeshing are often considered prohibitive and many authors rely on this argument to introduce, with success, alternative methods that limit the cost of remeshing operations without eliminating them ( XFEM for example). Our work shows that the cost of local remeshing is negligible compared to the calculation. Given the complexity of the geometry and the need to refine the mesh, the only alternative to date is to use a mesh in tetrahedra. The strategy of local remeshing tetrahedron is based on a bisection method followed if necessary by a local optimization of the grid proposed by A. Rassineux in 2003. The remeshing, even local, must be accompanied by field transfer procedures on both nodal variables and integration points. Node variables are, as most authors do, transferred using finite element shape functions. The 3D field transfer at Gauss points and the many underlying problems have been relatively untouched in the literature. The main difficulties to be solved in order to ensure the "quality" of the transfer concern the limitation of numerical diffusion, the lack of information near borders, the respect of boundary conditions, the equilibrium, the calculation costs, the filtering of the information points, crucial problems in 3D where the number of Gauss points used is several hundred. We propose a so-called "hybrid" method which consists, initially, in extrapolating the data at the Gauss points, in the nodes by diffuse interpolation and then in using the finite element form functions to obtain the value at the point considered

Cette thèse concerne le développement d'outils industriels de simulation d'écoulements instationnaires compressibles autour de corps en mouvements relatifs pour des lanceurs spatiaux. Le code FLUSEPA, développé par ArianeGroup, s'appuie sur une formulation Volumes Finis d'ordre élevé et utilise un chevauchement de maillage conservatif par intersections géométriques. Les faces d'intersection autorisent le calcul des flux entre mailles chevauchantes et mailles coupées, permettant le traitement correct des chocs et de l'ensemble des structures instationnaires dans les zones de recouvrement. Au cours de cette thèse, une technique de raffinement de maillage adaptatif (AMR) par création d'arbres « octree » par maille a été implémentée pour des maillages non-structurés hexaédriques. Elle permet de simplifier la création des maillages et de garantir une résolution locale en adéquation avec la physique captée. Le module AMR s’intègre avec cohérence aux schémas de discrétisation spatio-temporels existants afin d’assurer la conservativité et la précision, de plus, il dégrade peu les performances algorithmiques. Ainsi, l’exécution du programme s'effectue sur plusieurs processus avec un équilibrage de charge spécifique au schéma explicite temporel adaptatif et comporte une procédure assurant une projection conservative d’ordre élevé des variables de calcul sur les mailles raffinées. Ces deux propriétés assurent la cohérence avec la stratégie numérique existante. La simulation de plusieurs cas tests montre le potentiel de ce module et permet de valider son implémentation<br>This thesis is part of an effort to develop numerical industrial tools for the simulation of unsteady compressible flows about bodies in relation motion often encountered in the context of space launchers. FLUSEPA, a code developed by ArianeGroup, relies on a high-order Finite Volume formulation and a conservative overlapping of meshes using geometric intersections. In the overlapping regions, geometric faces allow the calculation of fluxes and the advection of shocks and unsteady structures. This manuscript describes the implementation of a cell-based Adaptive Mesh Refinement (AMR) technique for unstructured meshes composed of hexahedra. This new method eases the mesh construction process and ensures a local resolution adapted to the physical properties captured. In order to be functional, the AMR module must be consistent with the pre-existing spatio-temporal numerical schemes (i.e. be conservative and precise) and also keep the algorithmic performance. Thus, the obtained solution is divided between several processes with a load balancing specific to the explicit temporal adaptive numerical scheme was devised and includes a high-order conservative projection of the variables for the refined cells. These two properties compose a consistant global numerical strategy. Several test cases are run using this module and validate its implementation

L'injection d'harmoniques dans des amplificateurs gazeux génère des faisceaux de rayonnement X de grand qualité. Puisque les amplificateurs basés sur cible solide sont plus denses que ceux générés sur cible gazeuse, des impulsions d'énergie supérieure et plus courtes sont attendue. Cependant, les expériences réalisées n'ont pas présenté d'énergies supérieures à 90 nJ et des durées inférieures à 1 ps. Dans cette thèse nous nous sommes concentrés sur le problème de la différence entre l'énergie extraite et celle prédite, avec pour objectif d'obtenir des faisceaux de quelques dizaines de microjoules par impulsion. Nous avons employé le code ARWEN, déjà utilisé dans ce domaine, et l'avons amélioré dans le cadre de cette thèse. Les travaux réalisés sont donc : - L'étude théorique des sources de rayonnement X cohérent, en insistant sur les sources basées sur plasmas. L'état de l'art et la physique de ces amplificateurs sont décrits en profondeur. - La description du code ARWEN et des améliorations introduites dans le cadre de cette thèse. Ainsi que les programmes utilisés pour le postprocess des donnés. - L'optimisation des amplificateurs au moyen de simulations numériques. Ces simulations continuent les travaux précédentes et expliquent les effets donnant lieu aux différences entre l'énergie obtenue expérimentalement et celle prédite théoriquement. En prenant en compte ces effets, nous proposons un amplificateur optimisé. Nous avons aussi étudié l'amplification du faisceau harmonique en concluant au besoin d'un pré-amplificateur. En résumé, nous avons amélioré le code ARWEN en ajoutant de nouvelles capacités de simulation et l'avons utilisé pour étudier la physique des amplificateurs de rayonnement X cohérent basés sur plasmas. L'évolution de ces plasmas a été comprise et nous a permis d'expliquer les différences entre les expériences et la théorie et proposer un moyen de réduire les pertes d'énergie<br>Seeding experiments achieved with gas amplifiers demonstrated high quality X ray beams. Since amplifiers based on solid targets are denser than those generated from gas, higher energy and shorter pulse durations were expected. However, experiments demonstrated lower energy around 90 nJ and slightly shorter pulse duration down to 1 ps. We concentrated this thesis on the understanding of the mismatch between expected and measured energies for solid targets with the goal to find a way for producing seeded plasma-based soft x-ray laser emitting tens of microjoules per pulse as required by many applications. This work has been done with the code ARWEN. This code had already been used in this field but it has been improved in the frame of this thesis, adding new computational capabilities. The work presented in this thesis is: - Theoretical study of coherent X-ray sources, emphasizing the plasma-based sources. The state of the art and the physics of these amplifiers are described more thoroughly. - Description of the ARWEN code, the fundamental tool of this work, and the improvements introduced in it (ray tracing, parallelization of thermal conduction subroutines, standard HDF output, etc. . . ). In addition to this, the codes used for prostprocessing the data are also described. - Optimization of plasma amplifiers by means of numerical models. These studies start from previous works, continuing the work and explaining the effects that lead to the differences between the predicted energy and the energy experimentally observed. Some ways to avoid these effects are proposed. An study of the amplification of the injected seed in these plasmas is also presented, concluding that pre-amplifier stages are essential. Thus, nowadays a code with new simulation capabilities (ARWEN)is available and it can be applied to several fields (not only plasma-based soft X-ray lasers). It has been used to study plasma-based amplifiers, gaining an insight into the physics of these systems, explaining the differences between experimental results and theoretical predictions. In addition to this, it has been proposed a new scheme to optimize these amplifiers

Les modèles 3D sont des contenus précieux très utilisés dans l'industrie, et donc la cible potentielle de piratages. Le tatouage robuste pour les maillages 3D apporte une réponse au problème du traçage de traître. Dans l'état de l'art du domaine, la couche d'adaptation du contenu en particulier est testée face des attaques standards. Une approche robuste à la pose est alors étudiée. Elle utilise une estimation robuste de l'épaisseur, définie comme la distance un nuage de points construits à partir de mesures du diamètre. Les performances expérimentales montrent qu'elle forme un point de départ prometteur pour le tatouage robuste de maillages 3D posés. Pour les maillages statiques, la modulation des distances radiales est une approche efficace du tatouage. Elle a été formulée comme un problème d'optimisation quadratique sous contrainte, dont nous proposons plusieurs extensions : une transformée par étalement, des primitives de référence calculées de manière intégrale, des directions de déplacement arbitraires, et de nouvelles métriques pour minimiser la distorsion perçue par un utilisateur. Des expériences illustrent leurs bénéfices pour le compromis entre la robustesse et la fidélité du tatouage. La sécurité est analysée par l'intermédiaire de deux mécanismes de protection et par une série d'attaques et de contre-Mesures. Un système de resynchronisation est intégré afin d'améliorer la résistance au rognage. Des points de recalage sont insérés dans une configuration spécifique qui porte les informations habituellement éliminées par l'attaque. Au décodage, elles sont récupérées de manière aveugle. Un gain significatif des performances est mesuré expérimentalement<br>3D models are valuable assets widely used in the industry and likely to face piracy issues. This dissertation deals with robust mesh watermarking that is used for traitor-Tracing. Following a review of state-Of-The-Art 3D watermarking systems, the robustness of several content adaptation transforms are benchmarked. An embedding domain robust against pose is investigated, with a thickness estimation based on a robust distance function to a point cloud constructed from some mesh diameters. A benchmark showcases the performance of this domain that provides a basis for robust watermarking in 3D animations. For static meshes, modulating the radial distances is an efficient approach to watermarking. It has been formulated as a quadratic programming problem minimizing the geometric distortion while embedding the payload in the radial distances. This formulation is leveraged to create a robust watermarking framework, with the integration of the spread-Transform, integral reference primitives, arbitrarily selected relocation directions and alternate metrics to minimize the distortion perceived. Benchmarking results showcase the benefits of these add-Ons w.r.t the fidelity vs. robustness watermarking trade-Off. The watermark security is then investigated with two obfuscation mechanisms and a series of attacks that highlight the remaining limitations. A resynchronization approach is finally integrated to deal with cropping attacks. The resynchronization embeds land-Marks in a configuration that conveys synchronization information that will be lost after cropping. During the decoding, this information is blindly retrieved and significant robustness improvements are achieved