Добірка наукової літератури з теми "Simulation d'écoulement à double échelle"

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux préformes fibreuses dans le cadre du procédé Resin Transfer Moulding (RTM). L'objectif de la thèse est double : proposer une nouvelle méthodologie pour obtenir des données géométriques à la mésoéchelle des préformes et fournir un nouveau modèle numérique capable de prédire la perméabilité ou d'effectuer des simulations d’écoulement efficaces à la méso-échelle. Dans la première partie, l'accent est mis sur l'acquisition de données géométriques : nous proposons une nouvelle méthodologie basée sur l'analyse du champ de pression supporté par une préforme sèche sous compactage. Un film sensible à la pression mesure le champ de pression par un empilement de plis contre les parois du moule. Profitant de l’architecture périodique des textiles, les empreintes révélées par le champ de pression sont interprétées par analyse spectrale de Moiré pour mesurer l'orientation et la distribution spatiale de chaque couche dans l’empilement. Dans la seconde partie, le modèle numérique de la préforme est utilisé pour effectuer des simulations numériques d'écoulement à l'échelle des fils, afin d’en caractériser la perméabilité ou d’effectuer directement des simulations de remplissage. La géométrie 3D de l’empilement est remplacée par un squelette préservant les propriétés topologiques nécessaires à la résolution numérique du problème d'écoulement bidimensionnel, réduisant considérablement le coût de calcul par rapport à une approche 3D complète. Ce modèle de réduction du volume poreux en squelette est d'abord formulé dans sa version simple échelle (écoulement inter-mèche), puis étendu en double échelle (écoulement inter- et intra-mèche). Le potentiel du modèle est illustré à travers plusieurs cas tests. Cette recherche propose une méthodologie allant de l'acquisition de données géométriques à la simulation numérique double-échelle de l'écoulement au sein dans un empilement de tissus
In this work, we study continuous fiber preforms in the context of Resin Transfer Moulding (RTM) processes. The aim of the thesis is two-fold: propose a new methodology to obtain mesoscale geometrical data from preforms and provide a new numerical model able to predict permeability or perform mesoscale filling simulations in a computationally efficient way. In the first part, the focus is on the acquisition of geometrical data from preforms: we propose a novel methodology based on the analysis of the pressure field experienced by a dry preform under compaction. By using a commercial pressure-sensitive film, the pressure field exerted by a stack of layers against mould walls is captured and analyzed. Taking advantage of the periodic morphology of textiles, geometric patterns revealed by the pressure field are interpreted according to spectral Moiré analysis to recover the orientation and spatial distribution of each individual layer in the stack. In the second part, the reconstructed digital architecture of the preform is used to carry out numerical flow simulations at the scale of the yarns, to characterize permeability of the stack or directly perform filling simulations. The stack geometry is replaced by a skeletonized representation of the same, on which a two-dimensional flow problem can be solved numerically, greatly reducing the computational cost when compared to a full 3D approach. This “medial skeleton” model is first formulated in its single-scale version (flow in channels) and then extended to dual-scale (flow in channels and yarns). The model potential is illustrated through several test cases. This research establishes a pathway going from the non-destructive acquisition of data to the simulation of the dual-scale flow inside a multi-layer layup of textiles

La thèse porte sur la calibration d'un modèle biomathématique multi-échelle expliquant le phénomène de sélection des follicules ovariens à partir du niveau cellulaire. Le modèle EDP consiste en un système hyperbolique quasi linéaire de grande taille gouvernant l'évolution des fonctions de densité cellulaire pour une cohorte de follicules (en pratique, une vingtaine).Les équations sont couplées de manière non locale par l'intermédiaire de termes de contrôle faisant intervenir les moments de la solution, intégrée à l'échelle mésoscopique et macroscopique. Trois chapitres de la thèse présentent, sous forme d'articles publiés, la méthode développée pour simuler numériquement ce modèle. Elle est conçue pour être implémentée sur une architecture parallèle. Les EDP sont discrétisées avec un schéma Volumes Finis sur un maillage adaptatif piloté par une analyse multirésolution. Le modèle présente des discontinuités de flux aux interfaces entre les différents états cellulaires, qui nécessitent la mise en ½uvre d'un couplage spécifique, compatible avec le schéma d'ordre élevé et le raffinement de maillage.Un chapitre de la thèse est dévolu à la méthode de calibration, qui consiste à traduire les connaissances biologiques en contraintes sur les paramètres et sur les sorties du modèle. Le caractère multi-échelle est là encore crucial. Les paramètres interviennent au niveau microscopique dans les équations gouvernant l'évolution des densités de cellules au sein de chaque follicule, alors que les données biologiques quantitatives sont disponibles aux niveaux mésoscopique et macroscopique
The thesis focuses on the numerical simulation of a biomathematical, multiscale model explaining the phenomenon of selection within the population of ovarian follicles, and grounded on a cellular basis. The PDE model consists of a large dimension hyperbolic quasilinear system governing the evolution of cell density functions for a cohort of follicles (around twenty in practice).The equations are coupled in a nonlocal way by control terms involving moments of the solution, defined on either the mesoscopic or macroscopic scale.Three chapters of the thesis, presented in the form of articles, develop the method used to simulate the model numerically. The numerical code is implemented on a parallel architecture. PDEs are discretized with a Finite Volume scheme on an adaptive mesh driven by a multiresolution analysis. Flux discontinuities, at the interfaces between different cellular states, require a specific treatment to be compatible with the high order numerical scheme and mesh refinement.A chapter of the thesis is devoted to the calibration method, which translates the biological knowledge into constraints on the parameters and model outputs. The multiscale character is crucial, since parameters are used at the microscopic level in the equations governing the evolution of the density of cells within each follicle, whereas quantitative biological data are rather available at the mesoscopic and macroscopic levels.The last chapter of the thesis focuses on the analysis of computational performances of the parallel code, based on statistical methods inspired from the field of uncertainty quantification

Ce travail traite la problématique des bulles d’air contenues dans les pièces composites mises en œuvre par le procédé RTM. La modélisation des phénomènes de création, de compression et de transport de ce type de défauts est présentée. Notamment l’adoption d’un nouveau modèle de création des bulles d’air, de transport, et l’estimation des porosités à double échelle de pores ainsi que la saturation finale de la préforme sont données
This work covers the problematic of air bubbles entrapped during manufacturing composite parts via the RTM process. Modeling creation, compression, and transport of this type of defaults is presented here. Likewise, a new approach of air bubble’s creation, transport modeling, simulation of porosities at dual scale of pores, and estimation of the final saturation of the preform are given

L'un des objectifs de l'industrie éolienne est de produire de grandes pièces de structure à moindre coût. Dans ce contexte, la fabrication de pièces composites à partir de renforts quasi unidirectionnels(quasi-UD NCF) avec le procédé d’infusion est compétitive tant sur le plan mécanique que financier. Le procédé d'infusion engendre un phénomène de décompaction dû à la flexibilité de la bâche à vide. De plus les NCF présentent un écoulement à double échelle pendant leur imprégnation. La modélisation des deux phénomènes est souvent réalisée en supposant que la préforme fibreuse est un milieu continu à perméabilité variable. Néanmoins, la perméabilité est influencée par la répartition et la taille des mésopores, qui dépendent de l'état de compaction. Le but de cette thèse est de caractériser expérimentalement l'évolution d'un quasi-UD lors de l’infusion et d’évaluer l'impact de la réorganisation microstructurale sur des quantités macroscopiques d’intérêt, tels que la perméabilité et le temps de remplissage des pièces.Des infusions ont été réalisées à l'intérieur d'un tomographe pour capter l’évolution d’une même microstructure avant et après infusion. Un modèle simplifié a été proposé pour prédire la perméabilité dans le plan et ainsi évaluer l'influence de la réorganisation microstructurelle sur celle-ci. De plus,un outil numérique a été développé pour prendre en compte un écoulement double échelle dans un milieu fibreux déformable bidisperse. L'impact de la décompaction sur le temps de remplissage des pièces a été établi. Une étude mécanique expérimentale du comportement de la mèche tout au long de l’infusion a également été réalisée afin de mieux comprendre le comportement du quasi-UD. Un modèle hyperélastique a finalement été proposé pour prédire le comportement mécanique 3D des mèches pendant la phase de chargement à sec, avant l'infusion
A current aim of wind turbine industries is to produce large structural parts at reduced costs. In this context, manufacture composite blades made of quasi-unidirectional non-crimp fabrics (quasi-UD NCF) using the infusion process is competitive on both mechanical and cost aspects. The infusion process involves an unloading phenomenon due to the vacuum bag flexibility. Additionally, during the impregnation, NCFs exhibit a dual-scale flow. Usual modeling of both phenomena assumes that the fibrous preform is a continuous medium with a varying permeability. Nonetheless, the permeability is affected by the meso-pores size and spatial distribution, which depend on the compaction state. The goal of this thesis is thus to characterize experimentally the flow-induced microstructural evolution of a quasi-UD NCF during the infusion process, and to quantify the impact of thismicrostructural reorganization on relevant macroscopic parameters, such as modelled in-plane permeability as well as computed filling time of parts. In situ infusion process has been conducted inside X-ray Computed Tomography device to capture a dual-scale fibrous microstructure prior and after the infusion process. Additionally, a simplified model has been proposed to predict the in-plane permeability and thus to evaluate the influence of the microstructural reorganization on it. Then, a numerical tool has been developed to account for dual-scale flow in a bidisperse deformable fibrous media. The impact of the dual-scale unloading on themacroscopic filling time of parts has been established. A mechanical investigation of the towbehavior during the infusion process has been additionally carried out experimentally to better understand the quasi-UD NCF behavior. From these results, a hyperelastic model has been proposed to predict the 3D mechanical behavior of tows during the dry loading phase, prior to the infusion process

Dans cette thèse, la modélisation de l’endommagement et de la rupture dynamique des matériaux quasi-fragiles est proposée en utilisant une approche double-échelle basée sur la méthode d’homogénéisation asymptotique. Des lois d’endommagement dynamique sont établies et des simulations numériques du comportement associé sont effectuées dans les cas de sollicitations correspondants aux trois modes classiques de la Mécanique de la Rupture. Le premier modèle d’endommagement dynamique est proposé pour le chargement en mode de cisaillement antiplan (mode III). La loi d’endommagement est déduite à partir d’un critère énergétique de type Griffith décrivant la propagation des microfissures, en utilisant la méthode de changement d’échelle basée sur des développements asymptotiques. Une étude locale de la réponse macroscopique prédite par ce nouveau modèle est faite pour mettre en évidence l’influence des paramètres, comme la taille de la microstructure et la vitesse de chargement, sur l’évolution de l’endommagement. Les résultats des simulations macroscopiques de rupture dynamique et les instabilités de branchement associées sont présentés et comparés à ceux des observations expérimentales. Le modèle est implémenté dans un code Éléments finis/Différences finies en utilisant le logiciel de calcul Matlab. Des simulations numériques de rupture rapide en mode d’ouverture (mode I) en utilisant une loi d’endommagement dynamique sont ensuite présentées. Le modèle utilisé pour ces simulations, est déduit à partir d’un critère microscopique de type Griffith en mode I en utilisant la méthode d’homogénéisation asymptotique. La loi d’endommagement obtenue est sensible à la vitesse de chargement qui influence le mode de rupture macroscopique. Des simulations numériques sont effectuées afin d’identifier les prédictions du modèle et les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux. Différents tests, comme ceux de traction directe et de l’échantillon en forme de L pour les bétons, les essais d’impact sur des échantillons CCS en PMMA et le test d’impact de Kalthoff pour des roches calcaires sont reproduits numériquement. Ces simulations montrent que la vitesse de chargement détermine essentiellement la trajectoire de rupture macroscopique et la formation des branches associées, en accord avec les résultats expérimentaux. La loi a été implémentée dans le code d’éléments finis Abaqus/Explicit via une sub-routine VUMAT. Un troisième modèle d’endommagement est obtenu pour le mode de cisaillement plan (Mode II) par une démarche de modélisation double-échelle similaire à celle utilisée dans les deux premiers modèles, en tenant compte du contact unilatéral avec frottement sur les lèvres des microfissures. Une étude locale concernant l’effet du chargement de compression et du coefficient du frottement sur les fissures est faite. L’influence des paramètres comme la taille de la microstructure et la vitesse de déformation sur l’évolution de l’endommagement sont étudiés. Ces études sont complétées par des simulations des essais de rupture/frottement sur des échantillons en PMMA en utilisant le logiciel Abaqus/Explicit
In this thesis, the modeling of dynamic damage and failure of quasi-materials is addressed using a two-scale approach based on the asymptotic homogenization method. Dynamic damage laws are obtained and numerical simulations of the associated behavior are performed for loadings corresponding to the classical three modes of Fracture Mechanics. The first dynamic model of damage is proposed for the anti-plane shear loading case (Mode III). The damage evolution law is deduced from the Griffith’s energy criterion governing the dynamic propagation of microcracks, by using the homogenization method based on asymptotic expansions. A study of the local macroscopic response predicted by the new model is conducted to highlight the influence of parameters, like the size of the microstructure and the loading rate, on the evolution of damage. Results of macroscopic simulations of dynamic failure and the associated branching instabilities are presented and compared with those reported by experimental observations. The model is implemented in a Finite-Elements/Finite-Differences code using the Matlab software environment. Numerical simulations of rapid failure in opening mode (Mode I) are using a dynamic damage law are presented subsequently. The model is deduced from a microscopic Griffith type criterion describing the dynamic mode I propagation of microcracks, using the asymptotic homogenization approach. The resulting damage law is sensitive to the rate of loading that determines the macroscopic failure mode. Numerical simulations are performed in order to identify the model predictions and the obtained numerical results are compared with the experimental ones. Different tests, like the compact tension and L-shape specimen tests for concrete, the compact compression test for the PMMA brittle polymer and the Kalthoff impact test for limestone rocks, are considered in the numerical simulations. These simulations show that the loading rate essentially determines the macroscopic crack trajectory and the associated branching patterns, in agreement with the experimental results. The law has been implemented in a finite element code Abaqus/Explicit via a VUMAT subroutine. A third model of damage is obtained for the in-plane shear mode (Mode II) through a similar double-scale approach by considering unilateral contact with friction conditions on the microcracks lips. A local study concerning the effects of normal compression and of the friction coefficient is carried out. The influence of the size of the microstructure and the rate of loading on damage evolution is analyzed at the local level. These studies are completed by structural failure simulations of PMMA specimens using the Abaqus/Explicit finite element software

Dans cette thèse, nous modélisons le passage d'une onde acoustique à travers un matériau poreux supposé périodique (mousse ou laine de verre). L'objectif est d'établir un système d'équations macroscopiques, prenant en compte la microstructure du domaine, sur un matériau homogène équivalent. Nous commençons par définir la modélisation du problème et nous obtenons un système non coercif écrit en fréquence afin de répondre aux problématiques industrielles. Nous établissons ensuite le caractère bien posé du système avant de le faire converger double échelle. Nous obtenons ainsi deux systèmes de cellule : un système de Stokes pour le fluide et un système de type élasticité linéaire pour décrire le déplacement du matériau. Au niveau macroscopique, nous obtenons un système couplé non intuitif. Nous finissons la partie théorique par une comparaison entre le modèle que nous avons obtenu et le modèle de Biot-Allard utilisé par les physiciens et industriels pour traiter ce type de problème. Enfin, nous illustrons le travail précédent grâce à des résultats numériques.

Ce travail de thèse, réalisé dans le cadre des projets de recherche ROSIRIS (IRSN) et Geant4-DNA, porte sur la construction d’une simulation multi-échelle dédiée au calcul des dommages radio-induits précoces à l’ADN qui peuvent apparaître suite à l’irradiation d’un noyau cellulaire. L’outil développé s’appuie sur une version modifiée du code de Monte Carlo Geant4-DNA et est capable de simuler dans le détail le transport et les interactions physiques entre l’irradiation ionisante et la matière biologique (étape physique), la création d’espèces chimiques (étape physico-chimique) et les réactions et processus de diffusion de ces dernières (étape chimique). Durant la simulation de ces trois étapes, un modèle géométrique de l’ADN, décrivant l’ensemble du génome humain avec une précision moléculaire, est généré avec un nouveau logiciel développé dans le cadre de cette thèse : DnaFabric. Les premiers résultats obtenus pour des irradiations avec des protons et des ions alpha sont détaillés et comparés à des données de la littérature. Un bon accord est observés avec ces dernières illustrant ainsi la cohérence de l’ensemble de la simulation. L’influence très significative du critère de sélection utilisé pour identifier les dommages à l’ADN est également démontrée
This work was performed in the frame of the ROSIRIS (IRSN) and Geant4-DNA research projects and describes the development of a simulation tool to compute radioinduced early DNA damages in a cell nucleus. The modeling tool is based on a modified version of the Monte Carlo code Geant4-DNA and is able to simulate the physical interactions between ionizing particles and the biological target (physical stage), the creation of chemical species within the cell nucleus (physico-chemical stage) as well as the reactions and diffusion processes of these chemical species (chemical stage). During all the simulation, a geometrical model that describes the DNA content of a human diploid cell nucleus is taken into account. This model was generated with a new software (DnaFabric) developed in the frame of this work and has a molecular level of detail.The first results (in term of DNA strand breaks) obtained with this tool are detailed and compared with experimental data from the literature. The good agreement between the simulation results and those data shows the coherence of our modeling. The significant influence of the selection criteria used to identify the DNA damages is also demonstrated

Ce travail a pour objectif de développer et d'appliquer une méthode originale permettant de simuler l'écoulement dans un milieu poreux fracturé. Cette méthode repose sur une approche multicouches double continuum permettant de séparer le comportement des différents aquifères présents sur un site. La résolution des écoulements, basée sur la méthode des Eléments Finis de Crouzeix-Raviart, est associée à une méthode inverse (minimisation de type Quasi-Newton combinée à la méthode de l'état adjoint) et à une paramétrisation multi-échelle.La méthode est appliquée dans un premier temps sur l'aquifère fracturé du site expérimental de Poitiers. Les résultats montrent une bonne restitution du comportement de l'aquifère et aboutissent à des champs de transmissivité plus réguliers par rapport à ceux de l'approche simple continuum. L'application finale est réalisée sur le site de Cadarache (taille plus importante et données d'entrée moins denses). Le calage des deux aquifères présents sur le site est satisfaisant et montre que ceux-ci se comportent globalement de façon indépendante. Ce calage pourra être amélioré localement grâce à données de recharge plus fines.

Le moulage RTM à haute cadence est un procédé de fabrication composite prometteur qui satisfait les exigences de l’industrie automobile pour produire des pièces structurelles complexes avec un temps de cycle court. Cependant, les réductions de temps de cycle sont un véritable défi. Dans ce procédé, une résine est injectée avec mélange en dans la cavité d’un moule contenant un renfort fibreux. Ce flux de résine réactive génère des schémas d’écoulement complexes et des couplages thermo-chimio-rhéologiques forts. En raison de la grande sensibilité de la résine et des temps de cycle serrés, la prédiction de la stratégie d’injection optimale est très difficile et très coûteuse à mener expérimentalement. Le travail réalisé a donc poursuivi deux objectifs: 1. Identifier et quantifier expérimentalement les mécanismes influençant le procédé RTM réactif avec mélange en tête et 2. Développer une méthode de simulation numérique en vue d’introduire les mécanismes identifiés dans le logiciel industriel PAM COMPOSITE développé par ESI Group. L’identification et la quantification des mécanismes ont été réalisées grâce à des investigations expérimentales et numériques. Un nouveau montage expérimental a été développé pour l’étude du mécanisme de stockage de résines intra-mèche grâce à des observations aux échelles macro- et microscopiques. De plus, une méthode numérique a été développée pour simuler l’écoulement réactif de la résine dans des matériaux à simple et à double échelle de porosité. Cette méthode a permis d’étudier les mécanismes locaux difficiles à mesurer expérimentalement et de préparer le transfert vers le logiciel industriel d’ESI
High Speed Resin Transfer Molding (RTM) is a promising composite manufacturing process fitting automotive industry requirements to produce complex structural parts with a perspective of short cycle times. However, cycle time reductions are a real challenge. In this process, a resin mixed on-line with curing agents is injected in the cavity of a mold containing a fibrous reinforcement. This flow of reactive resin generates acomplex flow pattern and strong thermo-chemo rheological couplings. Due to the high sensitivity of the resin cure, and the tight cycle times, prediction of the optimal injection strategy is very difficult and very expensive to conduct experimentally. In this context, two goals where followed in this work: 1. Identify and quantify experimentally the mechanisms, related to the process or to the reinforcement, influencing the reactive RTMprocess with on-line mixing and 2. Develop a numerical simulation method in a view of introducing the identified mechanisms in the industrial software PAMCOMPOSITE developed by ESI Group. Identification and quantification of the mechanisms were realized thanks to experimental investigations and numerical simulations. A new experimental setup has been developed for the investigation of the mechanism of intra-tow resin storage through macro-scale and micro-scale observations. Additionally, a numerical method has been developed to simulate the reactive flow of a resin in single and dual scale porous materials. This method allowed both to investigate local mechanisms difficult to study experimentally and prepare the transfer to the industrial software of ESI