Добірка наукової літератури з теми "Adaptation de maillages anisotropes"

The numerical simulation of air flow in a building or a house is certainly a very challenging field of engineering applications. The objectives differ from one application to the other, ranging from the optimization of air conditioning systems in buildings to the study of the propagation of harmful products via the air conditioning system. In this paper, we address the problem of coupling the Navier-Stokes equations for incompressible fluids and a temperature equation. To solve this problem in 3d, we use an anisotropic mesh adaptation strategy. The meshes are generated by a local remeshing techniques based on an anisotropic version of Delaunay kernel. The method is fairly general and applies to other cases as well. We illustrate this problem with an example showing the heating of the last floor of a furnished house.

Dans cette thèse, nous présentons un nouvel estimateur d’erreur de type hiérarchique utilisable dans un algorithme d’adaptation de maillages afin d’obtenir une approximation plus précise d’une équation aux dérivées partielles. Nous décrivons les avantages que possèdent ce nouvel estimateur d’erreur versus ceux qui existent déjà dans la littérature et nous justifions sa construction. Plusieurs résultats numériques seront présentés dans les cas uni, bi et tridimensionnels. Nous montrons des exemples académiques (où la solution analytique est connue) pour mesurer l’efficacité et la précision du nouvel estimateur d’erreur. Nous montrons également des exemples d’adaptation de maillages pour des équations modélisant des phénomènes physiques comme l’écoulement d’un fluide autour d’un cylindre, la diffusion instationnaire et le contact entre des corps élastiques déformables. Ces exemples montrent que le nouvel estimateur d’erreur est utilisable pour une très grande classe de problèmes.
In this thesis, we present a new hierarchical error estimator that can be used in a mesh adaptation algorithm to obtain a more accurate approximation to the solution of a partial differential equation. This error estimator has many advantages that other existing error estimators do not have or lack of. For instance, it is, by construction, independant of the differential operator used to model a certain physical phenomena. It is also naturally generalisable to the case of approximations of arbitrary order, and this, without any specific treatment to the underlying theory. Finally, it is efficient, optimal in a sense that will be defined and permits the elements to stretch in a priviledged direction (anisotropy) in order to obtain high accuracy against regularly refined meshes. Many examples are given in the one, two and three dimensional cases. Analytical examples (the solution is known) is given to measure the effiency and precision of the new error estimator. Other examples of mesh adaptation for equations modeling different physical phenomena like the flow of a fluid around a cylinder, unsteady diffusion and contact between deformable elastic bodies are presented. These examples show that the new error estimator can be used for a wide variety of problems.

Nous étudions dans cette thèse la génération de maillages anisotropes basée sur la triangulation de Delaunay et le diagramme de Voronoi. Nous considérons tout d'abord les maillages anisotropes localement uniformes, développés par Boissonnat, Wormser et Yvinec. Bien que l'aspect théorique de cette approche soit connu, son utilité pratique n'a été que peu explorée. Une étude empirique exhaustive est présentée et révèle les avantages, mais aussi les inconvénients majeurs de cette méthode. Dans un second temps, nous étudions les diagrammes de Voronoi anisotropes définis par Labelle et Shewchuk. Nous donnons des conditions suffisantes sur un ensemble de points pour que le dual du diagramme soit une triangulation plongée en toute dimension ; un algorithme générant de tels ensembles est conçu. Ce diagramme est utilisé pour concevoir un algorithme qui génère efficacement un maillage anisotrope pour des domaines de dimension intrinsèque faible plongés dans des espaces de dimension large. Notre algorithme est prouvable, mais les résultats sont décevants. Enfin, nous présentons le diagramme de Voronoi Riemannien discret, qui utilise des avancées récentes dans l'estimation de distances géodésiques et dont le calcul est grandement accéléré par l'utilisation d'un graphe anisotrope. Nous donnons des conditions suffisantes pour que notre structure soit combinatoirement équivalente au diagramme de Voronoi Riemannien et que son dual utilisant des simplexes droits mais aussi courbes est une triangulation plongée en toute dimension. Nous obtenons de bien meilleurs résultats que pour nos autres techniques, mais dont l'utilité reste limitée
In this thesis, we study the generation of anisotropic meshes using the concepts of Delaunay triangulations and Voronoi diagrams. We first consider the framework of locally uniform anisotropic meshes introduced by Boissonnat, Wormser and Yvinec. Despite known theoretical guarantees, the practicality of this approach has only been hardly studied. An exhaustive empirical study is presented and reveals the strengths but also the overall impracticality of the method. In a second part, we investigate the anisotropic Voronoi diagram introduced by Labelle and Shewchuk and give conditions on a set of seeds such that the corresponding diagram has a dual that is an embedded triangulation in any dimension; an algorithm to generate such sets is devised. Using the same diagram, we propose an algorithm to generate efficiently anisotropic triangulations of low-dimensional manifolds embedded in high-dimensional spaces. Our algorithm is provable, but produces disappointing results. Finally, we study Riemannian Voronoi diagrams and introduce discrete Riemannian Voronoi diagrams, which employ recent developments in the numerical computation of geodesic distances and whose computation is accelerated through the use of an underlying anisotropic graph structure. We give conditions that guarantee that our discrete structure is combinatorially equivalent to the Riemannian Voronoi diagram and that its dual is an embedded triangulation, using both straight and curved simplices. We obtain significantly better results than with our other methods, but the overall utility of

L’Injection Assistée Eau (IAE) est un procédé récent de fabrications de pièces creuses thermoplastiques. La simulation numérique est une étape importante du processus de mise au point de cette technologie innovante. Le cadre de ces travaux de thèse est le développement d’un module de simulation numérique du procédé IAE. Les retombées industrielles et technologiques de cet outil numérique apporteront des informations cruciales sur la sensibilité des propriétés des pièces injectées aux conditions d’injection. L’hydrodynamique du système multiphasique polymère-eau-air est décrite par la résolution des équations de Navier-Stokes dans le cadre d’une formulation monolithique eulérienne. La méthode consiste à résoudre le système d’équations sur un seul maillage. Une fonction distance permet de décrire les interfaces eau-polymère et polymère-air, et de fournir les propriétés physiques de chaque sous-domaine. Une stratégie innovante d’adaptation dynamique de maillage anisotrope permet de diminuer les fortes hétérogénéités des phases en présence. Deux voies sont explorées. La première considère des maillages définis à partir de métriques construites a priori sur le gradient de la fonction Level set et la seconde approche considère la construction d’une métrique basée sur un estimateur d’erreur a posteriori minimisant l’erreur d’approximation sous contrainte de garder un nombre d’éléments constant. Une confrontation à des essais expérimentaux valide la pertinence de notre outil à prédire de manière précise l’évolution de la veine d’eau dans la pièce type IAE
The Water Assisted Injection Molding (WAIM) is a recent manufacturing process that produces thermoplastic hollow parts. Numerical simulation is an important step in the development of this innovative technology. The framework of the thesis is the development of a numerical simulation module for the WAIM process. The industrial and technological benefits of this numerical tool will provide crucial information on the sensitivity of the properties of injection molded parts to injection conditions. The hydrodynamics of the multiphase polymer-water-air system is described by the resolution of the Navier-Stokes equations within the framework of an eulerian monolithic formulation. The method consists in solving the system of equations on a single mesh. A distance function allows to describe the interfaces water-polymer and polymer-air to supply the physical properties of every sub-domain. A strategy of anisotropic dynamic mesh adaptation allows to decrease the strong heterogeneities of the phases in presence. Two ways are investigated. The first one considers meshes constructed from a priori metrics based on the gradient of the Levelset function and the second approach considers the construction of a metric based on a posteriori error estimator minimizing the error of approximation under constraint to keep a constant number of elements. A confrontation in experimental trials confirms the relevance of our tool to predict the evolution of the water vein in a typical WAIM part

On a developpe un mailleur automatique bidimensionnel capable de controler localement la taille et la forme (maillages anisotropes) des elements de la triangulation. Les maillages sont generes par une methode de type delaunay-voronoi. La taille et l'etirement des triangles est gouverne par un changement de metrique le maillage resultant est caracterise par des aretes de longueur presque constante dans la metrique donnee. Afin d'obtenir des maillages adaptes, on etudie plusieurs estimations de l'erreur a posteriori. Leur calcul conduit a la definition d'une metrique pour laquelle un maillage ayant un pas d'espace constant est un maillage adapte. Ce meilleur adaptatif anisotrope est utilise pour ameliorer la precision ou pour reduire le cout de resolution d'edp par la methode des elements finis. On donne divers exemples d'applications a des calculs de simulation d'ecoulements stationnaires

L’adaptation de maillages anisotrope permet d’améliorer grandement la précision de méthodes numériques telles que la méthode des éléments finis. L’adaptation peut être très coûteuse en temps de calcul, mais montre un grand potentiel de parallélisation. Ce projet consiste à développer une implémentation parallèle de l’adaptation de maillages anisotrope basée sur des estimateurs métrique et hiérarchique. On introduit les notions de base de l’adaptation et de la programmation parallèle. On développe une stratégie de parallélisation applicable à la fois en deux dimensions et en trois dimensions. Enfin, on applique cette stratégie dans le cadre de la méthode des éléments finis dans le but d’en évaluer l’efficacité et la rapidité.

Cette thèse est consacrée aux études théoriques et numériques des problèmes sui- vants qui sont liés à l'adaptation de maillage anisotrope : Les métriques et estimateurs d'erreur, les modifications locales de maillages hexaédriques et quadrilatéraux. Nous procédons à la mise en oeuvre de nouveaux algorithmes, schémas numériques et méthodes dans ces deux parties ; notamment en codant dans le logiciel Freefem++ de nouvelles méthodes de reconstruction d'estimateurs d'erreur et de construction de métriques. Nous étudions trois des méthodes de reconstruction de la matrice hessienne, estimateur d'erreur d'interpolation de Lagrange à l'ordre deux qui sont : La reconstruction de la matrice hessienne par moindres carrés, la méthode basée sur la formule de Green, l'approximation locale de la fonction par un polynôme du second degré. Nous proposons une nouvelle approche basée sur l'interpolation polynomiale locale par maille et un schéma aux différences finies. Nous établissons des propriétés de sta- bilité et de convergence ainsi que des résultats numériques en dimension deux. Nous étudions aussi la reconstruction des dérivées troisièmes par moindres carrés. Nous pro- posons également de nouvelles estimations d'erreur d'interpolation de Lagrange grâce à un développement de Taylor à l'ordre trois sans calcul direct de dérivées troisièmes. Il est aussi proposé un algorithme de construction de métriques à partir d'une estima- tion d'erreur pouvant être représentée localement par une courbe fermée, applicable à l'erreur d'interpolation polynomiale d'ordre supérieur. Enfin, nous proposons de nouvelles façons de raffiner ou dé-raffiner localement les maillages hexaédriques. Nous faisons une étude des techniques existantes en proposant de nouvelles caractérisations des transformations locales de maillages quadrilatéraux et hexaédriques.

Ce travail concerne la simulation d'écoulements viscoélastiques compressibles appliquée à l'injection de polymères. La compressibilité est intégrée dans Rem3D en supposant que la densité du matériau suit une loi d'évolution du type loi de Tait. La conservation de la masse est écrite comme une équation en vitesse, pression et température, à travers des coefficients de compressibilité isotherme et de dilatation isobare. Le système obtenu est désigné "Stokes compressible" et sa résolution numérique est faite par la méthode des éléments finis mixtes. Le système obtenu est non-linéaire et non-symétrique. Le couplage thermique et l'extension à des problèmes avec surface libre sont aussi consid ér és. Le modèle viscoélastique choisi est le modèle Pom-Pom, issu de la dynamique moléculaire. L'extra-contrainte est fonction des propriétés microscopiques du matériau, comme l'orientation moléculaire et son étirement. L'élasticité est vue comme une perturbation dans le problème mécanique, et une méthode de stabilisation du type DEVSS est utilisée. L'orientation et l'étirement sont déterminés par la résolution de deux équations d'évolution via une méthode espace-temps Galerkin discontinu. Finalement, la thermoviscoélasticité est abordée brièvement. Dans le contexte de l'injection de polymères, REM3D couvre aujourd'hui toutes les phases du proc éd é. Néanmoins, la solidification et la transition liquide-solide sont approximées par un comportement du type liquide de très haute viscosité. L'introduction de la compressibilité permet de compenser le retrait du matériau par un apport supplémentaire de matière. D'un autre côté, la prise en compte d'un comportement viscoélastique détecte d'éventuelles anisotropies des propriétés de la pièce injectée. Les diverses comparaisons des résultats obtenus avec la littérature et l'expérience montre une bonne concordance, validant les modèles implémentés.

Les simulations dépendant du temps sont toujours un challenge dans l'industrie, notamment à cause des problèmes posés par les géométries mobiles en termes de CPU et de précision. Cette thèse présente des contributions à certains aspects des simulations en géométrie mobile. Un algorithme de bouger de maillage fondé sur une déformation de maillage sur un grand pas de temps et des changements de connectivité (swaps) est étudié. Une méthode d'élasticité et une méthode d'interpolation directe sont comparées en 3D, démontrant l'efficacité de l'algorithme. Cet algorithme est couplé à un solver ALE, dont les schémas et l'implémentation en 3D sont décrits en détail. Une interpolation linéaire est utilisée pou traiter les swaps. Des cas de validation montrent que les swaps n'influent pas notablement sur la précision de la solution. Plusieurs examples complexes en 3D démontrent la puissance de cette approche, pour des mouvement imposés ou pour des problèmes d'Interaction Fluide-Structure. L'adaptation de maillage anisotrope a démontré son efficacité pour améliorer la précision des calculs stationnaires pour un coût raisonnable. On considère l'extension de ces méthodes aux problèmes instationnaires, en mettant à jour l'algorithme de point fixe précédent grâce à une ananlyse de l'erreur espace-temps fondée sur le modèle de maillage continu. Une parallélisation efficace permet de réaliser des simulations adaptatives instationnaires avec une précision inégalée. Cet algorithme est étendu au cas des géométries mobiles en corrigeant la métrique optimale instationnaire. Finalement, plusieurs exemples 3D de simulations adaptatives en géométries mobiles démontrent l'efficacité de l'approche
Time dependent simulations are still a challenge for industry, notably due to problems raised by moving boundaries, both in terms of CPU cost and accuracy. This thesis presents contributions to several aspects of simulations with moving meshes. A moving-mesh algorithm based on a large deformation time step and connectivity changes (swaps) is studied. An elasticity method and an Inverse Distance Weighted interpolation method are compared on many 3D examples, demonstrating the efficiency of the algorithm in handling large geometry displacement without remeshing. This algorithm is coupled with an Arbitrary-Lagrangian-Eulerian (ALE) solver, whose schemes and implementation in 3D are described in details. A linear interpolation scheme is used to handle swaps. Validation test cases showed that the use of swaps does not impact notably the accuracy of the solution, while several other complex 3D examples demonstrate the capabilities of the approach both with imposed motion and Fluid-Structure Interaction problems. Metric-based mesh adaptation has proved its efficiency in improving the accuracy of steady simulation at a reasonable cost. We consider the extension of these methods to unsteady problems, updating the previous fixed-point algorithm thanks to a new space-time error analysis based on the continuous mesh model. An efficient p-thread parallelization enables running 3D unsteady adaptative simulations with a new level of accuracy. This algorithm is extended to moving mesh problems, notably by correcting the optimal unsteady metric. Finally several 3D examples of adaptative moving mesh simulations are exhibited, that prove our concept by improving notably the accuracy of the solution for a reasonable time cost