Academic literature on the topic 'Couplage expérimental-numérique'

Le CEA s’est doté d’une compétence forte pour comprendre, modéliser et prévenir le risque hydrogène dans les installations nucléaires. À partir du milieu des années 1990, une approche couplée numérique et expérimental a été mise en oeuvre pour atteindre ces objectifs : le projet TONUS pour se doter d’outils numériques pour traiter de la distribution et de la combustion de l’hydrogène et le projet MISTRA pour alimenter ces modèles numériques en données expérimentales « CFD grade » pour la distribution de l’hydrogène et l’efficacité des moyens de prévention. Ces connaissances et ces outils ont conforté les démonstrations de sûreté des installations existantes tant civiles que militaires et contribuent à la conception de nouveaux réacteurs toujours plus sûrs. Enfin, elles sont valorisées pour la sûreté des installations industrielles liées à l’hydrogène vecteur d’énergie.

L’évaluation des performances des procédures de Contrôle Non Destructifs (CND) en aéronautique est une étape clé dans l’établissement du dossier de certification de l’avion. Une telle démonstration de performances est faite à travers l’établissement de probabilités de détection (Probability Of Detection – POD), qui intègrent l’ensemble des facteurs influents et sources d’incertitudes inhérents à la mise en œuvre de la procédure. Ces études, basées sur des estimations statistiques faites sur un ensemble représentatif d’échantillons, reposent sur la réalisation d’un grand nombre d’essais expérimentaux (un minimum de 60 échantillons contenant des défauts de différentes tailles, qui doivent être inspectés par au moins 3 opérateurs [1]), afin de recueillir un échantillon suffisant pour une estimation statistique pertinente. Le coût financier associé est élevé, parfois prohibitif, et correspond majoritairement à la mise en œuvre des maquettes servant aux essais. Des travaux récents [2-5] ont fait émerger une approche de détermination de courbes POD utilisant la simulation des CND, notamment avec le logiciel CIVA. L’approche, dite de propagation d’incertitudes, consiste à : - Définir une configuration nominale d’inspection, - Identifier l’ensemble des paramètres influents susceptibles de varier dans l’application de la procédure, - Caractériser les incertitudes liées à ces paramètres par des lois de probabilités, - Réaliser un grand nombre de simulations par tirage aléatoire des valeurs prises par les paramètres variables selon les lois de probabilités définies. Le résultat de cet ensemble de simulations constitue enfin la base de données utilisée pour l’estimation des POD. Cette approche réduit de façon très importante les coûts d’obtention des POD mais est encore aujourd’hui sujette à discussions sur sa robustesse vis-à-vis des données d’entrée (les lois de probabilité des paramètres incertains) et sur la prise en compte des facteurs humains. L’objectif de cette thèse est de valider cette approche sur des cas d’application AIRBUS et d’en améliorer la robustesse afin de la rendre couramment utilisable au niveau industriel, notamment en la faisant accepter par les autorités de vol (FAA et EASA). Pour ce faire le thésard devra mener des campagnes de validations des codes de simulation des CND, mettre en œuvre la méthodologie décrite plus haut sur les cas d’application AIRBUS, puis proposer et mettre en œuvre des stratégies d’amélioration de la robustesse de la méthode vis-à-vis des données d’entrée et des facteurs liés à l’humain
The performance assessment of non-destructive testing (NDT) procedures in aeronautics is a key step in the preparation of the aircraft's certification document. Such a demonstration of performance is done through the establishment of Probability of Detection (POD) laws integrating all sources of uncertainty inherent in the implementation of the procedure. These uncertainties are due to human and environmental factors in In-Service maintenance tasks. To establish experimentally these POD curves, it is necessary to have data from a wide range of operator skills, defect types and locations, material types, test protocols, etc. Obtaining these data evidences high costs and significant delays for the aircraft manufacturer. The scope of this thesis is to define a robust methodology of building POD from numerical modeling. The POD robustness is ensured by the integration of the uncertainties through statistical distributions issued from experimental data or engineering judgments. Applications are provided on titanium beta using high frequency eddy currents NDT technique. First, an experimental database will be created from three environments: laboratory, A321 aircraft and A400M aicraft. A representative sample of operators, with different certification levels in NDT technique, will be employed. Multiple inspection scenarios will be carried out to analyze these human and environmental factors. In addition, this study will take into account the impact of using different equipments in the HFEC test. This database is used, subsequently, to build statistical distributions. These distributions are the input data of the simulation models of the inspection. These simulations are implemented with the CIVA software. A POD module, based on the Monte Carlo method, is integrated into this software. This module will be applied to address human and ergonomic influences on POD. Additionally this module will help us to understand in a better way the equipment impact in POD curves. Finally, the POD model will be compared and validated with the experimental results developed

Les remblais argileux sont fréquemment exposés à des cycles de séchage et d'humidification. Ce mémoire analyse les effets de ces cycles sur le comportement observé de deux ouvrages expérimentaux en sols argileux non saturés. Les sols ont été caractérisés en laboratoire, puis le comportement des remblais a été modélisé en éléments finis (module CSNS de CESARLCPC). Les développements numériques effectués pour améliorer la modélisation numérique de la consolidation des sols non saturés ont été validés.

La source d'ions des injecteurs de neutres d'ITER devra produire un fort courant d'ions négatifs de deutérium qui seront accélérés puis neutralisés afin d'obtenir un faisceau d'atomes qui chauffera le plasma thermonucléaire. Un plasma froid d'hydrogène à basse pression et forte puissance est généré par induction dans la source et les ions négatifs sont produits par des réactions en volume et en surface et extraits à travers une série de grilles électrostatiques. Cette thèse est consacrée à la modélisation de ce plasma, afin d'étudier des phénomènes peu abordés à ce jour : aspect hors équilibre des espèces neutres, déplétion et chauffage du gaz, génération et transport des atomes, et génération des ions négatifs sur les parois. Un code fluide bidimensionnel de simulation plasma a pour cela été modifié afin de simuler la cinétique des espèces neutres au moyen d'un module Direct Simulation Monte-Carlo et a été utilisé pour simuler le plasma de manière auto-cohérente
The ion source of the ITER neutral beam injectors will have to deliver a high current of negative deuterium ions which will be accelerated and neutralized, and the resulting atom beam will heat the thermonuclear plasma. A low pressure and high power cold hydrogen plasma is inductively generated in the source and negative ions are produced by volume and surface reactions and are extracted through a set of electrostatic grids. This thesis aims at modelling this plasma, and focuses on topics that haven't been studied much before : out of equilibrium neutral kinetics, gas heating and depletion, atoms production and transport, and negative ions generation on the walls. To this end, a two-dimensional fluid plasma code has been modified to simulate the neutrals kinetics with a Direct Simulation Monte Carlo module and has been used to perform self-consistent simulations of the plasma

L'essor de la fabrication additive depuis la fin du XXème siècle permet d'envisager la conception de nouveaux matériaux cellulaires architecturés combinant légèreté et grande capacité d'absorption d'énergie. Leur utilisation dans les secteurs du transport terrestre ou aérien revêt alors un intérêt certain pour contribuer conjointement à l'allégement structural et à la sécurité en cas de crash et/ou d'impacts.Les objectifs des travaux de recherche sont d'étudier et de modéliser le comportement mécanique, sous chargements uniaxiaux en dynamique rapide, de cette nouvelle catégorie de matériaux cellulaires, les structures TPMS « Triply Period Minimal Surface », dont l'état de l'art actuel est plutôt centré sur les chargements quasi-statiques ou cycliques.Les travaux présentés dans cette thèse sont organisés en trois volets. La première partie vise à caractériser le comportement mécanique du matériau constitutif, l'acier 316L choisi pour sa grande ductilité, élaboré par le procédé SLM « Selective Laser Melting ». Les spécificités induites par la fusion laser sur lit de poudre telles que l'anisotropie et la sensibilité à la vitesse de déformation sont identifiées et modélisées par des lois de comportement matériaux.La deuxième partie de cette thèse s'intéresse à la réponse mécanique des structures TPMS en régimes quasi-statique et dynamique. Plusieurs paramètres tels que la densité relative ou le type de géométrie sont approfondis. Les réponses mécaniques des structures présentent les caractéristiques d'un absorbeur d'énergie idéal avec l'absence de pic d'entrée, une longue phase plateau légèrement ascendante et une densification tardive. De plus, les mécanismes de déformation sont stables. Comparativement à d'autres matériaux cellulaires dits conventionnels, les capacités d'absorption d'énergie des structures TPMS sont supérieures avec l'avantage d'être moins sensible à la direction de sollicitation pour un chargement uniaxial. En régime dynamique, la hausse observée des capacités d'absorption d'énergie est liée à la sensibilité du matériau constitutif.Cette approche expérimentale est couplée à une approche numérique EF détaillée à l'échelle mésoscopique afin de pouvoir mieux appréhender les mécanismes locaux d'effondrement que la mesure seule ne permet pas, notamment en dynamique. C'est le sujet de la troisième et dernière partie. Le modèle numérique est capable de prédire assez fidèlement la réponse mécanique expérimentale en se basant notamment sur les lois de comportement matériau identifiées au préalable. Localement, la déformation se fait comme une combinaison de plusieurs mécanismes tels que le flambement, la flexion et le cisaillement. Des diagrammes d'absorption d'énergie et des lois de Gibson et Ashby sont déterminés dans l'optique de relier les capacités d'absorption d'énergie aux dimensions géométriques et donc de choisir la configuration la plus adaptée aux spécifications imposées
The rise of additive manufacturing since the end of the 20th century has made it possible to consider the design of new architectural cellular materials combining lightness and high energy absorption capacity. Their use in the field of ground or air transport sectors is therefore of interest to contribute jointly to structural lightening and safety in the event of a crash and/or impact.The objectives of the research work are to investigate and model the mechanical behaviour, under uniaxial dynamic loadings, of this new category of cellular materials, the TPMS (Triply Period Minimal Surface) structures, for which the current state of the art is rather focused on quasi-static or cyclic loadings.The work presented in this thesis is organised in three parts. The first part aims to characterise the mechanical behaviour of the constitutive material, 316L steel chosen for its high ductility, produced by the SLM (Selective Laser Melting) process. The specificities induced by laser melting on a powder bed, such as anisotropy and strain rate sensitivity, are identified and modelised by material behaviour laws.The second part of this thesis focuses on the mechanical response of TPMS structures under quasi-static and dynamic solicitations. The mechanical responses of the structures show the characteristics of an ideal energy absorber with the absence of an initial peak, a long and slightly rising plateau phase, and a late densification. In addition, the deformation mechanisms are stable. Compared to other so-called conventional cellular materials, the energy absorption capacities of TPMS structures are superior with the advantage of being less sensitive to the direction of solicitation for uniaxial loading. In the dynamic regime, the observed increase in energy absorption capacities is linked to the sensitivity of the constitutive material.This experimental approach is coupled with a detailed numerical FE approach at the mesoscopic scale in order to better understand the local collapse mechanisms that measurement alone does not allow, especially under dynamic solicitations. The numerical model is capable of predicting the experimental mechanical response fairly accurately, based in particular on the material behaviour laws identified previously. Locally, the deformation is a combination of several mechanisms such as buckling, bending and shearing. Energy absorption diagrams and Gibson-Ashby laws are determined in order to relate the energy absorption capacities to the geometrical dimensions and thus to choose the most suitable configuration for the imposed specifications

Le CEA développe et utilise des logiciels de calcul, également appelés codes de calcul, dans différentes disciplines physiques pour optimiser les coûts de ses installations et de ses expérimentations. Lors d'une étude, plusieurs phénomènes physiques interagissent. Un couplage et des échanges de données entre plusieurs codes sont nécessaires. Chaque code réalise ses calculs sur une géométrie, généralement représentée sous forme d'un maillage contenant des milliers voire des millions de mailles. Cette thèse se focalise sur le transfert de déformations géométriques entre les maillages spécifiques de chacun des codes de calcul couplés. Pour cela, elle présente une méthode de couplage de plusieurs codes, dont le calcul des déformations est réalisé par l'un d'entre eux. Elle traite également de la mise en place d'un modèle commun aux différents codes de l'étude regroupant l'ensemble des données partagées. Enfin, elle porte sur les transferts de déformations entre des maillages représentant une même géométrie ou des géométries adjacentes. Les modifications géométriques sont de nature discrète car elles s'appuient sur un maillage. Afin de les rendre accessible à l'ensemble des codes de l'étude et pour permettre leur transfert, une représentation continue est calculée. Pour cela, deux fonctions sont développées : l'une à support global, l'autre à support local. Toutes deux combinent une méthode de simplification et un réseau de fonctions de base radiale. Un cas d'application complet est traité dans le cadre du réacteur Jules Horowitz. L'effet des dilatations différentielles sur le refroidissement d'un dispositif expérimental est étudié.