Academic literature on the topic 'Plasticité neuronale – Simulation par ordinateur'

Cette thèse s’intègre dans le cadre du projet Européen FACETS. Pour ce projet, des systèmes matériels mixtes analogique-numérique effectuant des simulations en temps réel des réseaux de neurones doivent être développés. Le but est d’aider à la compréhension des phénomènes d’apprentissage dans le néocortex. Des circuits intégrés spécifiques analogiques ont préalablement été conçus par l’équipe pour simuler le comportement de plusieurs types de neurones selon le formalisme de Hodgkin-Huxley. La contribution de cette thèse consiste à la conception et la réalisation des circuits numériques permettant de gérer la connectivité entre les cellules au sein du réseau de neurones, suivant les règles de plasticité configurées par l’utilisateur. L’implantation de ces règles est réalisée sur des circuits numériques programmables (FPGA) et est optimisée pour assurer un fonctionnement temps réel pour des réseaux de grande taille. Des nouvelles méthodes de calculs et de communication ont été développées pour satisfaire les contraintes temporelles et spatiales imposées par le degré de réalisme souhaité. Entre autres, un protocole de communication basé sur la technique anneau à jeton a été conçu pour assurer le dialogue entre plusieurs FPGAs situés dans un système multicarte tout en garantissant l’aspect temps-réel des simulations. Les systèmes ainsi développés seront exploités par les laboratoires partenaires, neurobiologistes ou informaticiens<br>This work has been supported by the European FACETS project. Within this project, we contribute in developing hardware mixed-signal devices for real-time spiking neural network simulation. These devices may potentially contribute to an improved understanding of learning phenomena in the neo-cortex. Neuron behaviours are reproduced using analog integrated circuits which implement Hodgkin-Huxley based models. In this work, we propose a digital architecture aiming to connect many neuron circuits together, forming a network. The inter-neuron connections are reconfigurable and can be ruled by a plasticity model. The architecture is mapped onto a commercial programmable circuit (FPGA). Many methods are developed to optimize the utilisation of hardware resources as well as to meet real-time constraints. In particular, a token-passing communication protocol has been designed and developed to guarantee real-time aspects of the dialogue between several FPGAs in a multiboard system allowing the integration of a large number of neurons. The global system is able to run neural simulations in biological real-time with high degree of realism, and then can be used by neurobiologists and computer scientists to carry on neural experiments

La méthodologie multi-échelles est mieux adaptée que l’approche macroscopique phénoménologique pour une modélisation fine du comportement mécanique des matériaux. Dans ce travail cette approche est utilisée pour modéliser le comportement élastoplastique endommageable des matériaux polycristallins et tenant compte de l’évolution de la texture cristallographique. Des travaux expérimentaux comprenant des analyses des textures, des contraintes internes, des caractérisations microstructurales et des essais de traction sont réalisés. L’implémentation numérique du modèle développé est faite dans le code de calcul ZéBuLoN. La validation du modèle est réalisée aussi bien avec des calculs de structure par éléments finis que sur des volumes élémentaires représentatifs (VER). Pour le cas du VER la validation a porté sur divers trajets de chargement (traction, laminage, cisaillement, expansion biaxiale) et l’exploration, par le biais d’une étude paramétrique, de plusieurs aspects tels que l’effet de la taille et du choix de l’agrégat, l’effet de l’évolution de la texture, l’effet du couplage avec l’endommagement. Egalement des validations par comparaison avec les résultats expérimentaux et avec le modèle Auto-Cohérent ont été réalisées. Des calculs de structure éléments-finis ont porté sur la traction où l’étude a été focalisée sur les effets de la taille du maillage et du choix de l’agrégat, de l’évolution de la texture et du couplage avec l’endommagement sur l’apparition et le développement de bandes de localisation<br>Multi-scales modelling is usually more adequate than the phenomenological macroscopic approach for a fine modelling of the mechanical behavior of materials. In this work, this approach is used to model the elastoplastic behavior coupled with damage of polycrystalline materials and taking into account the crystallographic texture evolution within the framework of finites strains. The modelling is completed by including experimental works including: crystallographic textures and granular stesses analyses by X-ray diffraction and tensile tests. The numerical implementation of the developed model is made in ZéBuLoN Finite Elements code. The model is test on finite elements calculations as well as on local representative elementary volume (REV) calculations. For the case of the REV, diverse loading paths are studied (tensile, shear, rolling, biaxial expansion) and the exploration, through a parametric study, of several aspects such as: the effect of the poly-crystalline aggregate size and choice, the effect of the crystallographic texture evolution and the effect of the damage coupling. Also comparisons with the experimental results and also with Self Consistent model was realized. Finite elements calculations concerned exclusively the tensile test, where the study was focused on the effects of mesh size and the choice of the aggregate, the evolution of the texture and the coupling with the damage on the appearance and the development of localization bands

Largement poussés par l'industrie vidéoludique, la recherche et le développement d'outils matériels destinés à la génération d'images de synthèse, tels les cartes graphiques (ou GPU, Graphics Processing Units), ont connu un essor formidable ces dernières années. L'augmentation de puissance et de

Le déminage mécanique consiste à scarifier le sol avec une " charrue ", outil formé d'une lame en V munie de plusieurs dents, poussée par un engin : les dents déstructurent le sol et le font remonter devant la lame qui l'évacue sur le côté avec les mines qu'il contient. L'objectif de nos travaux est de mettre en œuvre la simulation numérique par éléments finis du problème fortement non linéaire issu de la modélisation de la scarification du sol. Le code d'éléments finis implicite Forge3®, dédié à la mise en forme des métaux, a été choisi comme support numérique. Il permet de prendre en compte les grandes déformations, en particulier à l'aide de son remaillage automatique. Nous avons dans un premier temps implanté dans ce code deux modèles élastoplastiques de comportement, l'un incompressible réservé aux sols fins saturés, purement cohésifs, l'autre compressible, fondé sur la notion d'état critique, pour les matériaux purement frottants ou cohésifs et frottants. Ces modèles adoucissants sont intégrés par un schéma de retour radial généralisé, au sein d'une formulation implicite du problème aux limites. Nous montrons que la matrice de raideur est non symétrique dans le cas compressible et que la symétrisation du système ne conduit pas à une approche robuste. Nous avons donc importé et testé un solveur itératif non-symétrique : Bi-CGSTAB. Nous avons validé la programmation de ces modèles sur des essais triaxiaux. Pour les comportements adoucissants, on constate des oscillations dans la relation contrainte/déformation passé le pic de contrainte. Ces difficultés numériques sont traitées par linéarisation et régularisation. Dans un deuxième temps, nous avons mis en œuvre des simulations de scarification pour différents niveaux de complexité : une dent seule, une dent + une tranche de lame, plusieurs dents, en faisant suffisamment avancer l'outil pour atteindre le régime stationnaire ; cela se révèle d'autant plus long que l'outil est large, ce qui nous amène au calcul très intensif. L'influence de paramètres géométriques comme l'inclinaison de la dent ou l'angle d'étrave du système a été mise en évidence, elle est qualitativement conforme aux observations expérimentales. L'étude de l'influence des paramètres des modèles de comportement montre la prépondérance de ceux liés à l'état critique, i. E. Aux propriétés mécaniques après de grandes déformations. Enfin nous avons validé qualitativement le code en termes de modes d'écoulements et de répartition des efforts pour des outils multi-dents. La comparaison quantitative des efforts reste à affiner en revenant sur le comportement choisi et son implémentation<br>Mine clearing (or military breaching) consists in ploughing the superficial layer of the soil with a multi-tine blade located in front of a pusher vehicle: the tine destructure the soil and heave it in front of the blade which pushes it aside, with the mines inside. The aim of the present study is to perform the numerical simulation by the 3D finite element method of the highly non-linear problem of soil ploughing modeling. The numerical tool chosen for this purpose is the implicit finite element code Forge3® (devoted to Metal Forming Processes) which, thanks to its automatic re-meshing routine, is able to model large deformation. We have implemented in Forge3® two hypo-elastic-plastic models: an incompressible one for saturated fine soils, purely cohesive, and a compressible one based on the critical state concept for frictional or frictional-cohesive materials. These worksoftening material models are time-integrated by a generalized radial return technique within an implicit formulation. We show that compressibility yields a non-symmetric stiffness matrix, and that the symmetrization of the system is not robust enough, so that the non-symmetric solver Bi-CGSTAB has been implemented after comparative tests. The implemented models were validated on triaxial tests. For softening models, oscillations occurred in the stress/strain curves after the stress peak. These numerical difficulties were overcome using linearisation and regularisation techniques. As a second step, we performed numerical simulations for different kinds of tools : a single tine, a single tine + a slab of a blade, several tines and several tines + a blade. Tool displacements were simulated until a steady state was reached. This takes displacements all the larger as the tool system is wider, leading to intensive computation. Geometric parameters such as tine rake angle or system stem angle clearly influence the complex material flow patterns, in a way similar to experimental observations. Material model parameters shown dominant are those linked with the concept of critical state, i. E. Corresponding to the large deformation range. Finally the global model was validated from a qualitative point of view, in terms of flow pattern and force distribution for multi-tine tools. Quantitative comparison with experiments must still be refined, returning to the constitutive model and its implementation

Nous présentons une théorie de la plasticité en grandes déformations sous une forme invariante ou même covariante, en utilisant les allongements élastiques principaux. En d'autres termes, nous montrons comment implanter une formulation dans les axes principaux en partant d'une variété où nous effectuons toutes les manipulations nécessaires en exploitant le formalisme de dérivée de Lie. Le résultat final est simplifié aux coordonnées cylindriques et cartésiennes. En remplaçant les déformations de Green-Lagrange par les déformations logarithmiques, nous obtenons une forme simplifiée de l'énergie de déformations. D'ailleurs, dans le calcul de l'écoulement plastique, nous retombons sur une analogie dans les équations entre petites et grandes déformations où les déformations logarithmiques joueront formellement le même rôle que les déformations élastiques infinitésimales. La seule différence par rapport au cas de petites déformations, mis à part le choix des variables d'état, est que le calcul de dérivée temporelle devient plus complexe puisque la configuration déformée sur laquelle sont définies les variables d'état change d'un instant à un autre. En outre, les phénomènes de blocage numérique sont courants en plasticité. Ils sont apparentés aux contraintes quasi-incompressibles imposées sur le champ de déformations plastiques par le critère de von Mises. Dans le but d'être capable d'obtenir une solution éléments finis aux problèmes élastoplastiques, nous avons besoin d'interpolations spéciales qui puissent pallier la contrainte d'incompressibilité. Certaines méthodes antérieurement proposées, telles que la méthode B - bar exigent une reformulation complète des équations fondamentales où il faut séparer effets volumétriques et déviatoriques. En total contraste avec cette méthode, notre approche basée sur les modes incompatibles n'exige aucune intervention sur les équations fondamentales. Un autre nouvel aspect présenté dans ce travail concerne les détails d'implantation numérique : l'idée d'exploiter une résolution séquentielle (Operator Split), qui est généralement utilisée pour simplifier le calcul de l'écoulement plastique, est aussi mise en oeuvre pour réduire la manipulation de stockage due aux modes incompatibles.

Le procédé d'hydroformage repose sur la déformation plastique d'une forme première (tôle,tube) sous l'action combinée d'un fluide sous pression et d'un outil rigide. L'objet de ces travaux est de contribuer à la modélisation de ce procédé. Cette contribution s'articule autour de trois problématiques essentielles: la caractérisation rhéologique, la prédiction des défauts de striction et le développement d'algorithmes adaptés à la simulation de l'hydroformage. - l'identification expérimentale des courbes d'écrouissage en grandes déformations est nécessaire afin d'éviter toute extrapolation intempestive au cours d'une simulation numérique. À cet effet, un essai de gonflage circulaire, analysé selon un modèle homogène, a été mis en place. Des résultats très satisfaisants ont pu ainsi être obtenus grâce notamment à la mesure locale du rayon de courbure de la tôle. - la prédiction de la striction au cours de l'opération d'hydroformage est essentielle pour la maîtrise de ce procédé. Dans cette optique, le critère de force maximum modifié a fait l'objet d'une étude détaillée. Il a été démontré que la forme locale de la surface de charge constitue le facteur le plus influant sur les prédictions du modèle. Le problème de la dépendance de la clf au trajet a éte également abordé, nous avons pu mettre l'accent sur l'utilité d'une représentation des clf dans l'espace des déformations équivalentes afin de s'affranchir de cette dépendance. Enfin, nous avons proposé un modèle intégrant l'effet de la sensibilité à la vitesse de déformation. La confrontation avec les résultats expérimentaux de tôles en acier a montré une amélioration des prédictions mais le modèle reste relativement<br>The hydroforming process consists in plastically deforming a work piece by the combined action of a pressurized liquid and a rigid die. The present work aims at contributing to the modelling of this process. This contribution concerns three items : material characterisation, necking prediction and the development of specific numerical algoriths for this process. - the experimental identification of hardening curves at large deformations is necessary in order to avoid inappropriate extrapolations during numerical simulation. To this end, a circular bulge test using a homogeneous analysis model has been developed. Very satisfactory results have been got thanks to the local measurement of sheet curvature radius. -the prediction of necking during hydroforming operation is crucial for the process control. In this optic, the modified maximum force criterion has been deeply studied. We have demonstrated that the local shape of the yield surface is the most influencing factor on the model prediction. The strain path dependency of the flc has been also approached and the usefullness of the definition of the flc within the equivalent strain space has been underlined. Finally, we proposed a model including the strain rate sensitivity effect. The confrontation with experimental flcs has shown an improving in the model prediction. - the third aspect has dealt with numerical modelling. In one side, an implicit schema based on iteratively mesh updating and taking into account the domain derivatives has been tested. The results have shown the second order influence of domain derivatives and an improving of volume conservation. On the other side, it is well known that some ductile materia

L'objectif du travail de these est la caracterisation theorique et experimentale du comportement d'un aluminium pur poreux a 9 et 17% soumis a la propagation d'ondes de choc. Ce travail est motive par l'etude des materiaux poreux comme protection de structures soumises a une agression exterieure de type energetique ou mecanique. La demarche experimentale est basee sur des essais de compression triaxiale quasi statique et des essais d'impact de plaques. Elle met en evidence les mecanismes physiques influencant la reponse macroscopique du materiau, qui sont le couplage entre la compaction des pores, la deformation plastique induite dans la matrice et la triaxialite des contraintes appliquees. Le modele developpe est deduit de l'extension de la methode d'homogeneisation dite de mori et tanaka au cas d'une matrice elastoplastique ecrouissable via la technique des modules secants. Il permet de determiner les variables thermodynamiques macroscopiques (contrainte, deformation, porosite) en fonction de parametres locaux comme l'ecrouissage dans la matrice ou la forme des pores. La comparaison entre l'experience et le calcul montre l'apport du modele dans la comprehension des mecanismes physiques locaux preponderants. On peut cependant envisager l'integration d'une cinetique de compaction pour restituer plus precisement les temps de montee des chocs generes dans les essais d'impact de plaques

L'étude de la déformation plastique de l'olivine constitue un point important dans la compréhension de la dynamique interne de la Terre. Ce minéral se déforme essentiellement par glissement de dislocations de vecteurs de Burgers [100] et [001] et, pour la première fois dans le domaine de la minéralogie physique, nous avons abordé le problème en adoptant une approche numérique. A l' échelle atomique, la question importante de l' anisotropie plastique peut être éclairée par l'approche des fautes d'empilement généralisées, calculées par ab initio, qui permet de remonter à la limite d'élasticité théorique. Cette méthode a également permis d'expliquer l'influence de la pression sur les mécanismes de déformation de l'olivine, récemment mise en évidence expérimentalement. Le modèle de Peierls-Nabarro constitue une alternative à la modélisation directe des cœurs de dislocation. Grâce à ce dernier, l'étalement du cœur et les contraintes de Peierls des dislocations de vecteurs de Burgers [001] et [100] ont pu être déterminées. A l'échelle mésoscopique, nous avons adapté une simulation tridimensionnelle de la dynamique des dislocations à la structure de l'olivine pour modéliser la plasticité du monocristal. Le modèle de formation et propagation de doubles décrochements permet de décrire la mobilité des dislocations soumises à de la friction de réseau et son utilisation a mis en évidence un effet de la contrainte sur l'anisotropie plastique. Les dislocations ne constituent pas des obstacles forts entre elles (pas de formation de jonction, ni d'interactions colinéaires) et le glissement dévié apparaît comme étant un mécanisme manquant qu'il faudra étudier en détail dans le futur.

The objective of this study is the prediction of damage and residual stresses induced by hot processing which leads to phase transformation in martensitic stainless steel. This study firstly concerns the modelling of the damage of material induced by a complex history of thermoelastoplastic multiphase in heat-affected-zone (HAZ) of welding. In this work, a two-scale mode of elastoplastic damage multiphase was developed in the framework of thermodynamatics of irreversible process. The constitutive equations are coupling with ductile damage, elasoplasticity, phase transformation, and transformation plasticity. The experiments of 15-5PH were implemented for the identification of phase transformation, transformation plasticity and damage models. Tests of flat notched specimen were designed to provide the validation of damage model and strain localization using three dimensional image correlation technologies. In addition, microscopic analysis was performed to provide microstructure characterization of 15-5PH and to discover the damage mechanism. Finally the numerical simulation was performed in the code CAST3M® of CEA. We used the two-scale model including phase transformation, transformation plasticity and damage to simulate the level of residual stresses of a disk made of 15-5PH metal heated by laser. The internal variables, such as strain, stress, damage, were successfully traced in the simulation of two-scale model. The simulation results showed the transformation plasticity changes the level of residual stresses and should not be negligible; damage decreases about 8 percent peak value of residual stresses on upper surface of disk<br>L’objectif de cette étude est la prédiction du dommage et des contraintes résiduelles induites par des procédés haute température conduisant à une transformation de phase martensitique. On s’est intéressé plus premièrement à la modélisation du dommage induit par une histoire thermomécanique complexe, comme peuvent en produire les Zones Affectées Thermiquement de soudage. Nous proposons dans ce travail un modèle à deux échelles développé dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Les équations de ce modèle couplent plasticité, endommagement, transformation de phase et plasticité de transformation. Nous avons réalisé de nombreux essais sur le 15-5PH en vue de l’identification des transformations de phase et des lois de comportement thermomécaniques. Les essais sur les éprouvettes entaillées ont été conçus pour valider les modèles d’endommagement ainsi que la localisation des déformations en utilisant la stéréo corrélation d’images. Les simulations numériques ont été effectuées avec le code CAST3M du CEA dans lequel nous avons implanté le méso modèle. Nous avons calculé l’état de contraintes résiduelles dans un disque de 15-5PH induites par un chauffage laser. En sus des contraintes, on peut suivre au cours du calcul les variables internes telles que l’endommagement ou les déformations anélastiques. Les simulations montrent que la plasticité de transformation modifie le niveau des contraintes résiduelles et peut ne pas être négligeable. Quand à l’endommagement, celui-ci fait décroître les valeurs maximales de contrainte résiduelles jusqu’à huit pourcent dans les zones les plus sollicitées