Présentation
EnglishRÉSUMÉ
La conception de pièces mécaniques constitutives de systèmes de propulsion de certains navires demande de développer des méthodes de simulation nouvelles, offrant aux ingénieurs la possibilité d’explorer une large gamme de paramètres et d’intégrer dans leurs analyses l’influence d’incertitudes. Ce retour d’expérience est consacré à un projet de recherche de long terme engagé par un grand groupe industriel en collaboration avec trois partenaires académiques, afin de développer des méthodes de réduction de modèles répondant à des objectifs d’optimisation et de fiabilisation de la conception.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Cédric LEBLOND : Ingénieur-chercheur,
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Jean-François SIGRIST : Ingénieur-chercheur, journaliste scientifique - Expertise & communication scientifiques (eye-π)
INTRODUCTION
Les usages industriels de la simulation numérique ne cessent de se diversifier : cette technique bénéficie d’innovations constantes, lesquelles résultent du travail collaboratif d’ingénieurs et chercheurs académiques et industriels. Le présent retour d’expérience, qui en donne un exemple, concerne le développement de méthodes numériques fondées sur des modèles d’ordre réduit et intégrées dans des codes de calculs exploitables par des ingénieurs de l’industrie. Les applications visées – la vibro-acoustique et l’hydrodynamique – concernent principalement des problématiques intéressant le secteur naval ; elles se rapportent cependant à une physique rencontrée dans de nombreux autres secteurs, comme le transport ou l’énergie, etc.
Le développement de ces méthodes s’est accompli dans le cadre d’un programme de recherche engagé sur plusieurs années par un constructeur naval d’envergure internationale, en collaboration avec des chercheurs académiques experts en modélisation physique et simulation numérique. Il a permis de mettre au point de nouvelles approches numériques ouvrant la voie à l’optimisation et à l’amélioration de structures soumises à des sollicitations mécaniques variées (vibratoires, hydrodynamiques, etc.) et de rendre accessibles ces techniques à des ingénieurs de conception.
Domaine : innovation, recherche collaborative.
Entreprises concernées : constructeurs (industrie navale, énergies marines), éditeurs de logiciels (calcul scientifique, simulation numérique, HPC), bureaux d’études (conception de systèmes de propulsion, de récupération d’énergie).
Technologies/méthodes impliquées : modélisation numérique, calcul scientifique, éléments finis.
Secteurs : constructions mécaniques, ingénieries navale et maritime, énergies marines renouvelables.
MOTS-CLÉS
simulation numérique modèles d’ordre réduit études paramétriques interactions fluide-structure
DOI (Digital Object Identifier)
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3. Bilan et perspectives
3.1 Points positifs
Les deux projets ont permis de démontrer la faisabilité technique et l’intérêt industriel de calculs et simulations exploitant des modélisations d’ordre réduit. Les techniques de réduction de modèles permettent de produire des modèles numériques potentiellement précis sur le plan physique et efficaces sur le plan numérique : les ressources de calcul ainsi nécessaires pour réaliser une analyse vibro-acoustique sont alors suffisamment faibles pour que le modèle de calcul puisse être porté sur un support informatique « léger », comme une tablette numérique (figure 7).
La puissance de calcul offerte par les ordinateurs actuels est exploitée pour générer les données nécessaires à la construction de modèles d’ordre réduit ; cette étape utilise les codes de calculs éléments finis et les ressources pour résoudre le modèle complet. Le modèle réduit est alors implémenté sur un support portable, lequel permet de reproduire les résultats de calculs paramétriques pour une réponse en fréquence, avec prise en compte de la variabilité de données déterministes (comme la fréquence de calcul) ou stochastiques (comme les propriétés physiques de certains matériaux).
L’application portée sur tablette numérique permet de reproduire, en temps quasi-réel, un essai au marteau de choc : l’utilisateur choisit ses paramètres matériaux, la gamme de fréquences d’intérêt et détermine les positions du capteur et de la sollicitation ; le modèle réduit disponible sur la tablette lui donne accès à la réponse fréquentielle, visualisée sur l’écran. Ce type d’outil numérique, qui démontre l’efficacité des méthodes de réduction de modèles, peut être utilisé...
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Bilan et perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEBLOND (C.), SIGRIST (J.F.) - A reduced basis approach for the parametric low frequency response of submerged viscoelastic structures. - Finite Elements in Analysis and Design, 119, 15-29 (2016).
-
(2) - CHEVREUIL (M.), SLAMA (M.) - Change of variables within multi-linear approximation. - Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences, 8, 17 (2021).
-
(3) - OULGHELOU (M.), ALLERY (C.) - Non intrusive method for parametric model order reduction using a bi-calibrated interpolation on the Grassmann manifold. - Journal of Computational Physics, 426, 109924 (2021).
-
(4) - LEBLOND (C.) et al - Application de la méthode de base réduite pour la réponse vibroa-coustique de structures immergées avec paramètres incertains. - 13e colloque national en calcul de structures, Giens (2017).
-
(5) - LEBLOND (C.) et al - A goal-oriented model reduction technique for parametric fluid-structure problems. - ECCM6/ECFD7, Glasgow (2018).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Naval Group : « Découvrez la revue Research », 14 octobre 2022.
https://www.naval-group.com/fr/decouvrez-la-revue-research
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
code_aster – https://www.code-aster.org
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)Naval Group
Centre d’Expertise des Structures et Matériaux Navals
5, rue de l’Halbrane
44340 BOUGUENAIS
https://www.naval-group.com/fr
École Centrale de Nantes
1, rue de la Noë
BP 92101
44321 NANTES
La Rochelle Université
1, avenue Michel Crépeau
17000 LA ROCHELLE
https://www.univ-larochelle.fr
HAUT DE PAGE
Finite Element in Analysis and Design
http://www.elsevier.com/locate/finel
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