Academic literature on the topic 'Simulation Numérique Tridimensionnel'

Synopsis Jumping is a common, but demanding, behavior that many animals employ during everyday activity. In contrast to jump-specialists such as anurans and some primates, jumping biomechanics and the factors that influence performance remains little studied for generalized species that lack marked adaptations for jumping. Computational biomechanical modeling approaches offer a way of addressing this in a rigorous, mechanistic fashion. Here, optimal control theory and musculoskeletal modeling are integrated to generate predictive simulations of maximal height jumping in a small ground-dwelling bird, a tinamou. A three-dimensional musculoskeletal model with 36 actuators per leg is used, and direct collocation is employed to formulate a rapidly solvable optimal control problem involving both liftoff and landing phases. The resulting simulation raises the whole-body center of mass to over double its standing height, and key aspects of the simulated behavior qualitatively replicate empirical observations for other jumping birds. However, quantitative performance is lower, with reduced ground forces, jump heights, and muscle–tendon power. A pronounced countermovement maneuver is used during launch. The use of a countermovement is demonstrated to be critical to the achievement of greater jump heights, and this phenomenon may only need to exploit physical principles alone to be successful; amplification of muscle performance may not necessarily be a proximate reason for the use of this maneuver. Increasing muscle strength or contractile velocity above nominal values greatly improves jump performance, and interestingly has the greatest effect on more distal limb extensor muscles (i.e., those of the ankle), suggesting that the distal limb may be a critical link for jumping behavior. These results warrant a re-evaluation of previous inferences of jumping ability in some extinct species with foreshortened distal limb segments, such as dromaeosaurid dinosaurs. Simulations prédictives de la fonction musculo-squelettique et des performances de saut chez un oiseau généralisé Sauter est un comportement commun, mais exigeant, que de nombreux animaux utilisent au cours de leurs activités quotidiennes. Contrairement aux spécialistes du saut tels que les anoures et certains primates, la biomécanique du saut et les facteurs qui influencent la performance restent peu étudiés pour les espèces généralisées qui n’ont pas d’adaptations marquées pour le saut. Les approches de modélisation biomécanique computationnelle offrent un moyen d’aborder cette question de manière rigoureuse et mécaniste. Ici, la théorie du contrôle optimal et la modélisation musculo-squelettique sont intégrées pour générer des simulations prédictives du saut en hauteur maximal chez un petit oiseau terrestre, le tinamou. Un modèle musculo-squelettique tridimensionnel avec 36 actionneurs par patte est utilisé, et une méthode numérique nommée “direct collocation” est employée pour formuler un problème de contrôle optimal rapidement résoluble impliquant les phases de décollage et d’atterrissage. La simulation qui en résulte élève le centre de masse du corps entier à plus du double de sa hauteur debout, et les aspects clés du comportement simulé reproduisent qualitativement les observations empiriques d’autres oiseaux sauteurs. Cependant, les performances quantitatives sont moindres, avec une réduction des forces au sol, des hauteurs de saut et de la puissance musculo-tendineuse. Une manœuvre de contre-mouvement prononcée est utilisée pendant le lancement. Il a été démontré que l’utilisation d’un contre-mouvement est essentielle à l’obtention de hauteurs de saut plus importantes, et il se peut que ce phénomène doive exploiter uniquement des principes physiques pour réussir; l’amplification de la performance musculaire n’est pas nécessairement une raison immédiate de l’utilisation de cette manœuvre. L’augmentation de la force musculaire ou de la vitesse de contraction au-dessus des valeurs nominales améliore grandement la performance de saut et, fait intéressant, a le plus grand effet sur les muscles extenseurs des membres plus distaux (c'est-à-dire ceux de la cheville), ce qui suggère que le membre distal peut être un lien critique pour le comportement de saut. Ces résultats justifient une réévaluation des déductions précédentes de la capacité de sauter chez certaines espèces éteintes avec des segments de membres distaux raccourcis, comme les dinosaures droméosauridés. Voorspellende simulaties van musculoskeletale functie en springprestaties bij een gegeneraliseerde vogel Springen is een veel voorkomend, maar veeleisend, gedrag dat veel dieren toepassen tijdens hun dagelijkse bezigheden. In tegenstelling tot de springspecialisten zoals de anura en sommige primaten, is de biomechanica van het springen en de factoren die de prestaties beïnvloeden nog weinig bestudeerd voor algemene soorten die geen uitgesproken adaptaties voor het springen hebben. Computationele biomechanische modelbenaderingen bieden een manier om dit op een rigoureuze, mechanistische manier aan te pakken. Hier worden optimale controle theorie en musculoskeletale modellering geïntegreerd om voorspellende simulaties te genereren van maximale hoogtesprong bij een kleine grondbewonende vogel, een tinamou. Een driedimensionaal musculoskeletaal model met 36 actuatoren per poot wordt gebruikt, en directe collocatie wordt toegepast om een snel oplosbaar optimaal controleprobleem te formuleren dat zowel de opstijg-als de landingsfase omvat. De resulterende simulatie verhoogt het lichaamszwaartepunt tot meer dan het dubbele van de stahoogte, en belangrijke aspecten van het gesimuleerde gedrag komen kwalitatief overeen met empirische waarnemingen voor andere springende vogels. De kwantitatieve prestaties zijn echter minder, met verminderde grondkrachten, spronghoogtes en spierpeeskracht. Tijdens de lancering wordt een uitgesproken tegenbewegingsmanoeuvre gebruikt. Aangetoond is dat het gebruik van een tegenbeweging van cruciaal belang is voor het bereiken van grotere spronghoogten, en dit fenomeen hoeft alleen op fysische principes te berusten om succesvol te zijn; versterking van de spierprestaties hoeft niet noodzakelijk een proximate reden te zijn voor het gebruik van deze manoeuvre. Het verhogen van de spierkracht of van de contractiesnelheid boven de nominale waarden verbetert de sprongprestatie aanzienlijk, en heeft interessant genoeg het grootste effect op de meer distale extensoren van de ledematen (d.w.z. die van de enkel), wat suggereert dat de distale ledematen een kritieke schakel kunnen zijn voor het springgedrag. Deze resultaten rechtvaardigen een herevaluatie van eerdere conclusies over springvermogen bij sommige uitgestorven soorten met voorgekorte distale ledematen, zoals dromaeosauride dinosauriërs. Prädiktive Simulationen der muskuloskelettalen Funktion und Sprungleistung bei einem generalisierten Vogel Springen ist ein übliches jedoch anstrengendes Verhalten, das viele Tiere bei ihren täglichen Aktivitäten einsetzen. Im Gegensatz zu Springspezialisten, wie Fröschen und einigen Primaten, sind bei allgemeinen Arten, welche keine ausgeprägten Anpassung für Sprungverhalten aufweisen, die Biomechanik beim Springen und die Faktoren, welche die Leistungsfähigkeit beeinflussen, noch wenig untersucht. Computergestützte biomechanische Modellierungsverfahren bieten hier eine Möglichkeit, dies in einer gründlichen, mechanistischen Weise anzugehen. In dieser Arbeit werden die optimale Steuerungstheorie und Muskel-Skelett-Modellierung zusammen eingesetzt, um die maximale Sprunghöhe eines kleinen bodenlebenden Vogels, eines Perlsteisshuhns, zu simulieren und zu prognostizieren. Es wird ein dreidimensionales Muskel-Skelett-Modell mit 36 Aktuatoren pro Bein verwendet, und durch direkte Kollokation wird ein schnell lösbares optimales Steuerungsproblem formuliert, das sowohl die Abstoss- als auch die Landephase umfasst. Die daraus folgende Simulation bringt den Ganzkörperschwerpunkt auf mehr als das Doppelte seiner Standhöhe und entscheidende Aspekte des simulierten Verhaltens entsprechen qualitativ empirischen Beobachtungen für andere springende Vögel. Allerdings ist die quantitative Leistungsfähigkeit geringer, mit reduzierten Bodenkräften, Sprunghöhen und Muskel-Sehnen-Kräften. Beim Abstossen wird ein ausgeprägtes Gegenbewegungsmanöver durchgeführt. Die Durchführung einer Gegenbewegung ist nachweislich entscheidend für das Erreichen grösserer Sprunghöhen, wobei dieses Phänomen möglicherweise nur physikalische Prinzipien auszuschöpfen braucht, um erfolgreich zu sein. Die Verstärkung der Muskelleistung ist daher möglicherweise nicht zwingend ein unmittelbarer Grund für die Verwendung dieses Manövers. Eine Erhöhung der Muskelkraft oder der Kontraktionsgeschwindigkeit über die Nominalwerte hinaus führt zu einer erheblichen Zunahme der Sprungleistung und hat interessanterweise den grössten Effekt bei den weiter distal gelegenen Streckmuskeln der Beine (d.h. bei denjenigen des Sprunggelenks), was darauf hindeutet, dass die distale Gliedmasse ein entscheidendes Element für das Sprungverhalten sein könnte. Diese Ergebnisse geben Anlass zur Überprüfung früherer Schlussfolgerungen hinsichtlich der Sprungfähigkeit einiger ausgestorbener Arten mit verkürzten distalen Gliedmassen, wie beispielsweise bei dromaeosauriden Dinosauriern.

Etude d'un logiciel d'éléments finis en grandes déformations avec frottement pour un matériau viscoplastique permettant une simulation de l'écoulement complexe du matériau en forgeage à chaud tridimensionnel

Ces travaux se placent dans le cadre de l'étude des propriétés mécaniques des architectures à renforcement tridimensionnel dans les structures composites. Nous proposons une approche permettant de caractériser les propriétés mécaniques de structures composites Interlock et en particulier de résoudre les problèmes liés à la création de ces géométries complexes et leur discrétisation.Une des difficultés des approches méso-macro réside dans la manière de reproduire de façon fidèle la géométrie de ces architectures aux formes très complexes et d'obtenir en particulier un Volume Elémentaire Représentatif (VER) duquel on peut déduire par calcul éléments finis les propriétés mécaniques par homogénéisation. Cette pluralité des formes engendre des difficultés de mise en œuvre essentiellement géométriques et des difficultés de maillage bien connues : interpénétration et contact des mèches, maillage de fines couches de résines aux interfaces, détermination en tout point de l'orientation des fibres. Nous proposons une approche qui consiste à créer un modèle géométrique des mèches limitant ou contrôlant les intersections et les contacts, à définir un VER périodique et à mailler ce VER en tétraèdres avec des maillages conformes aux interfaces. Une fois le modèle maillé obtenu et les conditions de périodicités définies, les propriétés mécaniques effectives sont obtenues par homogénéisation. Les calculs par éléments finis sont réalisés avec le logiciel ABAQUS. Les tissages complexes ont été traités automatiquement avec cette technique. Les résultats sont confrontés à ceux d'autres modélisations, issus de la littérature et de l'expérience.

Ce travail est relatif a la simulation numerique d'ecoulements tridimensionnels instationnaires autour de voilures (minces ou epaisses), avec comme hypotheses restrictives: ecoulement incompressible et peu diffusif. De tels ecoulements sont generalement caracterises par un champ de vorticites concentre dans une zone de faible epaisseur (nappe). Nous avons en premier lieu rappele une methode lagrangienne dont le principe consiste a substituer au champ de vorticite une repartition spatiale discrete de particules portant une intensite tourbillonnaire. Cette methode, appelee methode particulaire, a ete introduite dans le cadre d'ecoulement non diffusif. Il nous est apparu que son extension au cas diffusif pose certains problemes aussi bien sur le plan conceptuel que sur le plan technique, notamment en presence de parois solides. Nous nous sommes alors places dans le cadre de grands nombres de reynolds. Sous cette hypothese, il nous a semble plus coherent de formuler la methode particulaire a partir d'une modelisation surfacique de la nappe tourbillonnaire. Pour cela, nous avons utilise une representation parametrique de la surface de glissement (modele de la nappe). Dans un ecoulement autour de voilures, la surface de glissement est constituee d'une partie attachee (couches limites) et d'une partie libre (sillage). La methode des singularites surfaciques est alors utilisee pour traiter la partie attachee et la methode particulaire pour la partie libre. Ces deux methodes sont raccordees au travers d'un schema d'emission dont l'expression s'est deduite a l'aide d'une parametrisation mediane d'emission. Dans le developpement de la methode, nous avons eu recours a une formulation potentiel peu usuelle pour traiter les voilures epaisses. Son originalite reside dans la condition aux limites imposee au potentiel interne qui tient compte du potentiel associe au sillage. Cette formulation conduit a une matrice bien conditionnee et assure l'unicite de la solution. Nous avons enfin developpe la mise en uvre numerique de la methode et presente quelques resultats d'application. L'utilisation des parametres de regularisation s'est averee necessaire. Un nombre de reynolds numerique et un plafond du taux de deformation sont alors introduits. Leur role respectif est egalement discute

Modelisation par les equations de navier-stokes pour un fluide incompressible dans le cas de conditions aux limites periodiques dans les directions homogenes et de conditions d'adherence dans la direction inhomogene. On montre le role du gradient de pression impose dans la prediction du debit volumique et de l'energie de l'ecoulement. Discretisation par des schemas aux differences finies d'ordre 4 en espace et d'ordre 2 en temps et une condition d'incompressibilite globale

Dans le cadre des simulations d'écoulements en milieux poreux, dont l'exploitation des gisements pétroliers est considérablement dépendante, le maillage adéquat des structures géologiques est une opération primordiale. La complexité du sous-sol mais également la nécessité du suivi des directions préférentielles des flux au voisinage des puits induisent des contraintes géométriques complexes qui doivent être prises en compte. A cette fin, une approche hybride originale combinant plusieurs types de maillages a été développée, d'abord en 2D, puis en 3D dans des cas simples. Ces maillages sont constitués d'un maillage structuré modélisant le réservoir pétrolier, d'un maillage structuré radial autour du puits et d'un maillage non structuré polyhédrique assurant la liaison entre les deux maillages structurés. Le travail effectué durant cette thèse propose de généraliser la méthodologie développée en 3D afin de permettre la génération de maillages hybrides dans des réservoirs à géométries complexes. En effet, la génération d'un tel maillage nécessite le respect impératif de contraintes géométriques, pouvant ne pas être rencontrées lorsque la géologie du sous-sol est complexe ou que la grille de réservoir a été générée en fonction de propriétés pétrophysiques. Ainsi, une méthode permettant d'assurer le respect de ces contraintes a été mise au point. Des techniques destinées à optimiser le maillage ont également vu le jour afin de corriger les défauts induits par la première méthode et rendre ce maillage valide pour les simulations de type volumes finis
As part of flow simulations in porous medias, whose the exploitation of an oil reservoir especially depends on, using a suitable mesh to model the geological structures is essential. The underground complexity and the need to follow the preferential directions of the flow in the vicinity of the wells induce several geometrical constraints that need to be taken into account by an efficient mesh generation soft-ware of geological structures. In this perspective, an original hybrid approach has been pro-posed which combines different kinds of mesh, has been developped, first in 2D and then in 3D for simple cases. This mesh is composed of an hexahedral structured mesh which models the oil reservoir, a radial mesh around the well and an unstructured polyhedral mesh which provides the transition between both structured meshes. The work done during this PhD consists in a generalization of the methodology developed in 3D in order to be able to generate hybrid meshes inside oil reservoir grids with more complicated structures. Indeed, the mesh generation providing the transition needs geometrical constraints to be fulfilled, that are not found when the underground structure is too complicated, or if the oil reservoir grid has been generated following physical properties. Thus, a new methodology allowing the geo-metrical constraints to be fulfilled has been proposed. Techniques intended to optimize the mesh have been also developed in order to correct the defaults of the mesh caused by the first methodology so that it finally satisfies the finite volume simulation requirements

Afin de cibler une meilleure rentabilité des gisements d'hydrocarbures, la simulation numérique présente un intérêt grandissant dans le secteur pétrolier. Dans ce contexte, deux principaux types d'applications sont distingués : l'ingénierie du réservoir, où les modèles géologiques sont définis comme statiques et l'exploration des gisements par la simulation de la formation des hydrocarbures. Cette dernière application nécessite des modèles de bassins dynamiques. Pour ce type de simulation, la modélisation mathématique et numérique a connu une avancée importante durant les dernières années. En revanche, la construction de maillages indispensables pour les simulations reste une tâche lourde dans le cas de géométries complexes et dynamiques. La difficulté se traduit par la particularité du domaine à mailler, qui est dictée par la mécanique des milieux granulaires, c'est-à-dire des milieux quasi-incompressibles et hétérogènes. De plus, les données sismiques sont des surfaces non-implicites modélisant des blocs volumiques. Dans ce cadre, nous nous intéressons à la génération de maillages lagrangiens hexa-dominants des bassins à géométrie complexe. Le maillage souhaité doit contenir une couche de mailles principalement hexaédriques entre deux horizons et respecter les surfaces failles traversant ces horizons. Une méthodologie originale basée sur la construction d’un espace déplié est proposée. Le maillage souhaité est alors traduit par une grille 3D contrainte dans cet espace. Plusieurs techniques d’optimisation de maillages sont aussi proposées
To target more profitable oil and gas deposits, the numerical simulation is of growing interest in the oil sector. In this context, two main types of applications are distinguished: reservoir engineering where geological models are defined as static and exploration for the simulation of hydrocarbons formation. The latter application requires dynamic basins models. For this type of simulation, mathematical and numerical modeling has been an important advance in recent years. However, the construction of meshes needed for the simulations is a difficult task in the case of complex and dynamic geometries. The difficulty is reflected by the characteristic of the domain to mesh, which is defined from the mechanics of granular media which are almost incompressible and heterogeneous environments. In addition, the seismic data represent non-implicit surfaces modeling volume blocks. In this context, we focus on Lagrangian hex-dominant mesh generation of basins with complex geometry. The desired mesh must contain a layer of almost hexahedral meshes between two horizons and conform to fault surfaces through these horizons. A novel methodology based on the construction of an unfolded space is introduced. The desired mesh is then seen as a constrained 3D grid in this novel space. Several mesh optimization techniques are also proposed

Cette étude théorique et numérique concerne les phénomènes de propagation de fronts de réaction dans des empilements de grains comportant une faible fraction de matière organique. On s'appuie sur une description microscopique de l'ensemble des mécanismes impliqués. Un code de simulation numérique tridimensionnelle a été développé. Des simulations directes ont été menées en vue de caractériser de façon précise les nombreux régimes de propagation, de donner des informations complètes quant aux conditions thermochimiques locales, et enfin de conduire des études paramétriques en faisant varier les propriétés physiques du matériau ou sa composition. Enfin, la dernière partie de ce mémoire est consacrée à la discussion de nos résultats et à la comparaison des descriptions microscopiques et macroscopiques. Elle permet également de discuter de la validité d'une description homogénéisée et de donner des critères quant à son application. Pour terminer, nous donnons une estimation plus fine des coefficients impliqués dans cette description à la grande échelle
This study, theorical and numerical, deals with the reaction front propagation phenomena in real porous media containing a small amount of organic compound. In order to do this, we choose to use a microscopic point of view to take into account all mechanisms involved. So, a three-dimensional numerical code has been developed. Direct simulations were made to characterize the various regimes we can encounter, to give a whole set of local thermochemical conditions, and finally to manage parametric studies, where physical properties and composition of the media were changed. Finally, the last part of this study is devoted to the discussion of the results obtained and to the comparison of the two approaches, namely macro- and microscopic. This last part allows to discuss the validity of the homogenized description and to provide criterion for its application. We finish with an estimate of the coefficients involved in the upsacled description

L'objet de cette étude est la recherche d'un outil efficace de prédiction des écoulements turbulents complexes, rencontrés dans les problèmes d'ingéniérie. La technique numérique choisie est la méthode des éléments finis, et seuls les écoulements incompressibles et isothermes de fluides newtoniens sont considérés. Un exposé du problème posé par la simulation numérique des écoulements turbulents ainsi que les méthodes de simulation par modélisation des structures de sous-maille, qui découlent naturellement de cette analyse, sont présentés. L'utilisation de la technique de l'homogénéisation, qui rentre dans cette catégorie, est également décrite. L'autre façon d'aborder le problème est statistique. Et la notion de description statistique de la turbulence étant introduite, une sélection des modèles statistiques en un point est entreprise. Les deux modèles retenus, modèle K- et modèle aux tensions de Reynolds algébrique (A. S. M. ), font l'objet d'une analyse détaillée. L'accent est mis sur la nécéssité, pour les écoulements à géometrie complexe, d'une formulation du modèle K- non limitée aux grands nombres de Reynolds, conduisant à une utilisation plus rigoureuse de la technique des fonctions de paroi, dont une expression généralisée est proposée. Le modèle A. S. M. Quant à lui, est exprimé de façon à mettre en evidence son lien avec le modèle K-, ce qui autorise par ailleurs une formulation tridimensionnelle par éléments finis commune de ces deux modèles, exposée en détail. Une discussion sur les performances de cette formulation du modèle K-, ainsi que sur les difficultés numériques liées à l'utilisation de ce modèle dans le cadre des éléments finis, est enfin conduite à partir d'exemples numériques.

Des effets de la topographie isolee a l'echelle moyenne sur la circulation oceanique sont etudies a l'aide d'un modele numerique aux equations primitives a frontieres ouvertes. Dans la premiere partie, un ecoulement de base uniforme est considere. La structure de l'ecoulement aux alentours de la topographie est particulierement examinee en fonction de l'intensite de stratification. Le mecanisme de l'equilibre entre la distribution cisaillee de la vitesse horizontale et le gradient horizontal de la masse volumique a ete mis en evidence. La formation et la forme du cone de taylor sont etudiees. Dans la seconde partie, nous nous interessons a un ecoulement de base instationnaire. Les lachers eventuels de tourbillons dans le sillage de la topographie sont examines. Pour un ecoulement alternatif, la generation d'un ecoulement residuel au-dessus d'une topographie a ete mis en evidence en comparaison avec des mesures en laboratoire