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Dissertations / Theses on the topic 'Méthodes de maillage non adaptées'
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Ramière, Isabelle. "Méthodes de domaine fictif pour des problèmes elliptiques avec conditions aux limites générales en vue de la simulation numérique d'écoulements diphasiques." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00122916.
Full textAbstract:
Ce travail est dédié à la mise en place de deux méthodes originales de type domaine fictif pour la résolution de problèmes elliptiques (de type convection-diffusion) avec des conditions aux limites générales et éventuellement mixtes : Dirichlet, Robin ou Neumann. <br />L'originalité de ces méthodes consiste à utiliser le maillage du domaine fictif, généralement non adapté à la géométrie du domaine physique, pour définir une frontière immergée approchée sur laquelle seront appliquées les conditions aux limites immergées. Un même schéma numérique générique permet de traiter toutes les conditions aux limites générales. Ainsi, contrairement aux approches classiques de domaine fictif, ces méthodes ne nécessitent ni l'introduction d'un maillage surfacique de la frontière immergée ni la modification locale du schéma numérique. Deux modélisations de la frontière immergée sont étudiées. Dans la première modélisation, appelée interface diffuse, la frontière immergée approchée est l'union des mailles traversées par la frontière originelle. Dans la deuxième modélisation, la frontière immergée est approchée par une interface dite fine s'appuyant sur les faces de cellules du maillage. Des conditions de transmissions algébriques combinant les sauts de la solution et du flux sont introduites sur cette interface fine. Pour ces deux modélisations, le problème fictif à résoudre ainsi que le traitement des conditions aux limites immergées sont détaillés. Un schéma aux éléments finis Q1 est utilisé pour valider numériquement le modèle à interface diffuse alors qu'un nouveau schéma aux volumes finis est développé pour le modèle à interface fine et sauts immergés. Chaque méthode est combinée avec un algorithme de raffinement de maillage multi-niveaux (avec résidu de solution ou du flux) autour de la frontière immergée afin d'améliorer la précision de la solution obtenue. <br />Parallèlement, une analyse théorique de convergence en maillage non adapté au domaine physique a été effectuée pour une méthode d'éléments finis Q1. Cette étude démontre l'ordre de convergence des méthodes de domaine fictif mises en place.<br />Parmi les nombreuses applications industrielles possibles, une simulation sur une maquette d'échangeur de chaleur dans les centrales nucléaires permet d'apprécier la performance des méthodes mises en oeuvre.
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Corti, Daniele Carlo. "Numerical methods for immersed fluid-structure interaction with enhanced interfacial mass conservation." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS176.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation, l'analyse numérique et à la simulation de problèmes d'interaction fluide-structure pour des structures minces immergées dans un fluide visqueux incompressible. La motivation sous-jacente de ce travail est la simulation des phénomènes d'interaction fluide-structure impliqués dans la simulation des valves cardiaques. Du point de vue méthodologique, un accent particulier est mis sur des méthodes avec maillage non conformes qui permettent de garantir la précision du résultat en minimisant le coût computationnel. Un aspect essentiel est de garantir la conservation de la masse à travers l'interface fluide-structure. Une extension de la méthode de maillage non conforme Nitsche-XFEM présentée dans Alauzet et al. (2016) à trois dimensions est d'abord proposée, portant à la fois sur des domaines fluides entièrement et partiellement intersectés. Pour y parvenir, un algorithme de tessellation général et robuste a été développé sans recourir à des générateurs de maillage de type boîte noire. De plus, une nouvelle approche pour imposer la continuité dans des domaines partiellement intersectés est introduite. Cependant, dans les situations impliquant des phénomènes de contact avec de multiples interfaces, l'implémentation informatique devient extrêmement complexe, notamment en 3D. Ensuite, une méthode de domaine fictif innovante d'ordre inférieur est introduite, qui atténue les problèmes inhérents de conservation de la masse résultant de l'approximation continue de la pression en incorporant une seule contrainte de vitesse. Une analyse complète des erreurs a priori pour un problème de Stokes avec une contrainte de Dirichlet sur une interface immergée est fournie. Enfin, cette approche de domaine fictif est formulée dans un cadre d'interaction fluide-structure avec des solides minces et appliquée avec succès pour simuler la dynamique de la valve aortique<br>The present thesis is dedicated to the modeling, numerical analysis, and simu- lation of fluid-structure interaction problems involving thin-walled structures immersed in incompressible viscous fluid. The underlying motivation behind this work is the simulation of the fluid-structure interaction phenomena involved in cardiac valves. From a methodological standpoint, special focus is placed on unfitted mesh methods that guarantee accuracy without compromising computational complexity. An essential aspect is ensuring mass conservation across the fluid-structure interface. An extension of the unfitted mesh Nitsche-XFEM method reported in Alauzet et al. (2016) to three dimensions is first pro- posed, addressing both fully and partially intersected fluid domains. To achieve this, a robust general tessellation algorithm has been developed without relying on black-box mesh generators. Additionally, a novel approach for enforcing continuity in partially intersected domains is introduced. However, in situations involving contact phenomena with multiple interfaces, the computational implementation becomes exceedingly complex, particularly in 3D. Subsequently, an innovative low-order fictitious domain method is introduced, which mitigates inherent mass conservation issues arising from continuous pressure approximation by incorporating a single velocity constraint. A comprehensive a priori error analysis for a Stokes problem with a Dirichlet constraint on an immersed interface is provided. Finally, this fictitious domain approach is formulated within a fluid-structure interaction framework with general thin-walled solids and successfully applied to simulate the dynamics of the aortic valve
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Leterrier, Nikos. "Discrétisation spatiale en maillage non-structuré de type général." Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066192.
Full text
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Schönfeld, Thilo. "Méthodes de raffinement adaptatif de maillage pour le calcul des écoulements non-visqueux tridimensionnels." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT052H.
Full textAbstract:
La methode de raffinement local de maillage est implementee dans un programme de type volumes finis pour resoudre les equations d'euler tridimensionnelles. L'objectif est d'ameliorer la precision de la solution dans les zones qui sont le siege de phenomenes physiques caracteristiques de l'ecoulement. Cela permet d'eviter de mailler trop finement les regions ou la solution varie peu. Les concepts relatifs aux maillages non structures sont utilises sur un maillage structure constitue d'hexaedres pour permettre plusieurs niveaux d'enrichissement local. Des aspects numeriques lies a l'utilisation des maillages a pas d'espace variable sont etudies, en particulier les problemes de conservation. On decrit en detail l'implementation de l'algorithme de raffinement local. L'adaptation du maillage permet la concentration locale de nuds de facon automatique dans les zones ou cela s'avere necessaire. La formulation multi-blocs permet d'appliquer la methode de raffinement a des configurations variees. La methode est employee pour ameliorer la resolution des ecoulements transsoniques tourbillonnaires autour des ailes delta ainsi que la capture des ondes de choc dans les ecoulements hypersoniques autour des corps emousses. L'ecoulement autour d'un avion de transport supersonique civil est egalement etudie. Une etude independante a pour but de definir un algorithme de generation automatique de maillages multi-blocs structures. Enfin, la methode de raffinement local est mise en uvre sur un ordinateur multi-processeurs a memoire locale
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Burbeau, Anne. "Méthodes de Galerkine discontinu d'ordre élevé pour la simulation instationnaire en maillage non structuré." Bordeaux 1, 2000. http://www.theses.fr/2000BOR10608.
Full textAbstract:
Ce travail traite du développement de méthodes d'ordre de précision élevé pour la simulation instationnaire de fluide compressible en maillage non structuré. À cet égard, les méthodes de Galerkine discontinues sont très attractives. Elles tirent les bénéfices à la fois des méthodes de type éléments finis et volumes finis. La première partie est consacrée à la résolution numérique de lois de conservation hyperboliques. Étant donné que les solutions peuvent développer des discontinuités en temps fini, la difficulté majeure consiste à obtenir des propriétés de stabilité non-linéaire pour contrôler les oscillations qui apparaissent au voisinage des discontinuités. Un nouveau limiteur est proposé, pour les problèmes monodimensionnels et des maillages bidimensionnels d'éléments triangulaires. Couplé à un schéma de Galerkine discontinu, on obtient une méthode indépendante du problème résolu. Des simulations numériques montrent que le taux de convergence est maintenu pour des solutions régulières et une norme L1 de l'erreur, et que la méthode est stable quel que soit l'ordre de l'approximation. Dans la deuxième partie, la résolution de problèmes de convection-diffusion est traitée. Deux formulations pour la discrétisation des termes de diffusion sont comparées. Une méthode non basée sur l'introduction de variable auxiliaire est retenue, et testée pour la simulation d'écoulements subsonique et supersonique de fluide compressible autour d'un cylindre à section circulaire. La stabilité du limiteur est également étudiée. Une stratégie d'adaptation du degré du polynôme d'approximation est proposée dans la troisième partie. Un critère est construit pour coupler deux niveaux d'approximation. Des simulations numériques montrent que le temps de calcul peut être réduit de façon significative.
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Mer, Katherine. "Modèles de viscosités du quatrième ordre pour l'advection-diffusion en maillage non-structuré." Nice, 1996. http://www.theses.fr/1996NICE5048.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans cette thèse est principalement une contribution à l'analyse d'approximations stabilisées pour des problèmes de convection-diffusion linéaires. Une étude numérique d'un problème d'interaction fluide-structure est également présentée. Pour une équation de convection-diffusion stationnaire, on analyse la précision d'un schéma éléments finis comportant un terme de stabilisation sous forme de dissipation du quatrième ordre. Dans une première partie, on se restreint à une analyse pour des maillages simpliciaux réguliers au sens des éléments finis. Pour un problème dans Rn avec n ≤ 3, on obtient des estimations de l'erreur d'approximation dans l#2 et dans h#1 pour une dissipation sous forme variationnelle. Dans le cas bidimensionnel, on étudie plus particulièrement un schéma de type Jameson, compose d'une partie centrée de type mixte éléments finis/volumes finis et d'une dissipation en différences quatrièmes non consistante. Dans une deuxième partie, on considère l'approximation d'un problème de convection-diffusion dont la solution présente des couches limites. On obtient des estimations d'erreur dans la norme de l'énergie pour un schéma éléments finis avec une dissipation du quatrième ordre consistante, pour des maillages triangulaires localement anisotropes dans les couches limites. Le schéma étudié est comparé à des schémas volumes finis du second ordre. Dans une troisième partie, on analyse la consistance locale des schémas ayant la propriété de préservation de la linéarité, sur des maillages non structures. Une quatrième partie est consacrée a l'étude numérique d'un schéma implicite linéarisé dans le cadre de l'analyse du flottement d'un profil d'aile dans un écoulement
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Gendre, Félix. "Développement de méthodes de Boltzmann sur réseau en maillages non-uniformes pour l'aéroacoustique automobile." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0196/document.
Full textAbstract:
L’objectif de ce travail est d’étudier les capacités de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) dans un cadre numériquement contraignant : celui de la simulation aéroacoustique en maillage non-uniforme, à très haut nombre de Reynolds et à nombre de Mach non négligeable (Ma > 0.1), appliquée à l’automobile. La problématique industrielle est celle du calcul du bruit intérieur d’origine aérodynamique, dont le calcul du champ de pression pariétal instationnaire sur le vitrage conducteur est la première étape décisive. Il a été constaté qu’un manque de précision sur la faible part acoustique du champ de pression total sur le vitrage, provenant très probablement d’erreurs au niveau des transitions de résolution du maillage, était la cause d’une surestimation du bruit intérieur. Nous présentons d’abord une construction cohérente et unifiée de la méthode de Boltzmann sur réseau à partir de l’équation de Boltzmann, dans un cadre athermal faiblement compressible. Nous étudions ensuite en détail les propriétés aéroacoustiques de la LBM, en parcourant toutes les grandes familles d’opérateurs de collision de la littérature. Une variante de modèle à temps de relaxation multiples, utilisable pour l’aéroacoustique, est présentée et testée. Un modèle alternatif simplifié de filtrage sélectif, rapide et compact, est développé et validé. La problématique des maillages non-uniformes est abordée. Un recensement exhaustif des études LBM menées dans ce cadre dans la littérature montre qu’aucune ne correspond à nos contraintes. Des algorithmes alternatifs aux transitions sont développés. Enfin, des applications industrielles sont réalisées à l’aide des modèles développés dans le mémoire<br>The main goal of this work is to study the capacities of the Lattice Boltzmann Method in a constrained numerical framework : that of numerical simulation in automotive aeroacoustics with non-uniform meshes, at high Reynolds number and non egligible Mach number (Ma > 0.1). The industrial problem is the computation of the interior aerodynamic noise, which includes as its first decisive step the computation of the unsteady wall pressure field on the car windows. It was observed that a lack of precision on the weak acoustic part of the total pressure field on the driver-side window, which is most probably due to errors at mesh refinement interfaces, caused an overestimation of the interior noise. We first present a coherent and unified construction of the Lattice BoltzmannMethod from the Boltzmann equation, in an athermal weakly compressible framework. Then, we study in details the aeroacoustic properties of the LBM by reviewingall the main families of collisional operators that exist in the literature. A variant of multiple relaxation time operator that can be used for aeroacoustics is presented and tested. A simplified alternative selective filter, fast and compact, is developped and numerically validated. The problem of non-uniform meshes is discussed. An exhaustive review of the LBM studies that have been carried out within that framework shows that none of them corresponds to our constraints. Alternative transition nodes algorithms are developed. Finally, all the developed models of this work are applied to industrial cases
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Poret, Maud. "Méthodes en maillages mobiles auto-adaptatifs pour des systèmes hyperboliques en une et deux dimensions d'espace." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001053.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans cette thèse est une contribution au développement des méthodes à maillage dynamique pour la résolution de système d'EDP en mécanique des fluides. Plus précisément, on met au point des schémas de volumes finis pour des maillages non-structurés, mobiles et à topologie éventuellement variable, basés sur la méthode Godunov. L'addition et la soustraction de noeuds reposent sur une généralisation des méthodes à maillage dynamique à des cas de volumes naissants ou disparaissants. Dans une première partie, on se restreint aux équations hyperboliques en une dimension. On montre que pour l'advection linéaire, le schéma satisfait les propriétés classiques des méthodes de volumes finis (principe du maximum, décroissance de la variation totale, stabilité L²) sous certaines contraintes de type CFL. Afin de s'affranchir de ces restrictions, l'intégration en temps du système discrêt est réalisée par une formulation implicite. La seconde partie de ce travail porte sur l'extension des schémas en deux dimensions d'espace. Le modèle mathématique abordé est décrit par les équations d'Euler. Par ailleurs, on cherche à intégrer le schéma dans un code où le maillage s'adapte automatiquement et simplement. On introduit alors une distribution de forces, soit attractives, soit répulsives, entre les noeuds du maillage. Le mouvement des noeuds résulte de l'obtention de l'état d'équilibre sur le domaine. Le raffinement et le déraffinement reposent sur des critères locaux, comme le gradient. Le dernier travail de cette thèse est consacré à la simultation numérique de phénomènes d'interaction fluide-structure afin de valider les algorithmes proposés. L'application concrête visée ici eset m'écoulement compressible autour d'une aile d'avion en mouvement.
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Colle, Anthony. "Méthodes numériques sans maillage pour la résolution de la fragmentation en dynamique rapide." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, INSA, 2019. http://www.theses.fr/2019ISAT0052.
Full textAbstract:
Dans les domaines de l'Aéronautique, de la Défense et du Spatial, la fragmentation dynamique est un processus généré par des sollicitations extrêmes. Parmi les approches Lagrangiennes, classiquement utilisées pour la modélisation de tels évènements, nous nous intéressons ici à la méthode sans maillage SPH. Contrairement aux méthodes type Eléments Finis, la méthode SPH est construite sur un set de points d’interpolations dépourvus de connectivités la rendant naturellement adaptée au traitement de la rupture des matériaux. Cependant, les schémas SPH standards souffrent d’instabilités remettant en question leur précision et activant des mécanismes non physiques tels que la fragmentation numérique. Un nouveau schéma SPH robuste baptisé γ-SPH-ALE est donc proposé dans ces travaux. Il est développé dans un contexte ALE et inclut l’adaptation d’un schéma bas-Mach hérité des méthodes Volume Finis. Par le biais d’une analyse de stabilité non linéaire, des conditions de type CFL sont identifiées sur les paramètres du schéma. Ceci construit donc un cadre mathématique robuste assurant les propriétés de conservation, robustesse, stabilité et consistance du schéma. A notre connaissance, ce type d’analyse non linéaire n’a jusqu’à ce jour jamais été réalisé sur un schéma de type SPH-ALE. Enfin, l’implémentation du γ-SPH-ALE sur divers cas tests académiques de fragmentation démontre qu'il permet notamment de prévenir l’apparition d’oscillations parasites dans les ondes élastiques, ainsi que de résoudre les problèmes d’instabilité en tension, points durs des méthodes SPH standard. Mettant également à profit la parallélisation GPU, ces résultats sont obtenus en des temps de calculs réduits par rapport aux implémentations CPU classiques<br>In Aeronautics, Defense and Space, dynamic fragmentation is a process generated by extreme loadings. Among the Lagrangian approaches, classically used for the modeling of such events, we focus here on the meshless method called SPH. Unlike grid-based methods, SPH is built on a set of interpolation points disregarding any connectivity which makes it naturally well suited to handle material failure. However, standard SPH schemes suffer from instabilities questioning their accuracy and activating non-physical processes such as numerical fragmentation. A new robust SPH scheme called γ-SPH-ALE is then proposed in this work. It is built in an ALE context and includes a stabilizing low-Mach scheme inherited from Finite Volume methods. Through a nonlinear stability analysis, CFL conditions are identified on the scheme parameters. A strong mathematical background is then built ensuring the scheme conservativity, robustness, stability and consistency. To our knowledge, this type of nonlinear analysis has never been performed on a SPH-ALE scheme. Finally, the implementation of γ-SPH-ALE on various academic fragmentation test cases demonstrates particularly its capability to prevent spurious oscillations to appear in elastic waves, as well as to solve the so-called tensile instability, major issues of standard SPH methods. Also, taking advantage of GPU parallelization, these results are achieved in reduced computation times with respect to conventional CPU implementations
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Zaytsev, Victor. "Méthodes stochastiques pour la modélisation d'incertitudes sur les maillages non structurés." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM094/document.
Full textAbstract:
La simulation des phénomènes physiques exige souvent l’utilisation d’une discrétisation du milieu sous forme de maillage. Un exemple de ce type de situation est la simulation d’écoulement de fluides et la simulation du stress géomécanique pour les gisements pétroliers. Dans ces cas, le milieu étudié n’est pas homogène et l'hypothèse sur l’homogénéité de ce milieu peut mener à des résultats incorrects. C’est pourquoi la simulation des hétérogénéités est très importante pour ce genre de problèmes.Cette thèse est consacrée à la simulation géostatistique des hétérogénéités sur les maillages non-structurés par les méthodes géostatistiques non-linéaires. Le but de cette thèse est la création d’algorithmes de simulation des hétérogénéités directement sur les maillages non-structurés, sans utiliser les maillages fins réguliers intermédiaires et de l’upscaling. On présente deux modèles théoriques pour les simulations des variables continues sur les maillages non-structurés qui sont les deux versions différentes du modèle Gaussien discret (DGM) - DGM 1 et DGM 2. Le modèle théorique utilisé dans cette thèse permet de convertir le problème de simulation sur un maillage non-structuré en un problème de simulation d’un vecteur Gaussien multivarié et l’application de fonctions de transformation adaptées pour chaque élément du vecteur. La simulation de faciès est aussi envisagée en utilisant une généralisation des modèles pluri-Gaussiens et Gaussien tronqués pour les maillages non-structurés.L’application des méthodes développées est illustrée sur un gisement pétrolier - le cas d’étude X (gisement du gaz offshore)<br>Simulations of physical phenomenon often require discretizing the medium with a mesh. An example of this type of simulation is the simulation of fluid flow through a porous medium and the evaluation of the geomechanical stress in the petroleum reservoir. The studied medium is often not homogeneous and applying a homogeneity hypothesis can lead to incorrect simulation results. That makes simulation of heterogeneities important for this kind of problems.This thesis is devoted to geostatistical simulations of heterogeneities on unstructured grids using methods of non-linear geostatistics. The objective of this work is the development of algorithms for simulating heterogeneities directly on unstructured grids without using intermediate fine scale regular grids and upscaling. We present two theoretical models for geostatistical simulations of continuous parameters on unstructured grids which are different generalizations of the Discrete Gaussian model (DGM) – DGM 1 and DGM 2. The proposed theoretical models enable converting the problem of geostatistical simulation on an unstructured grid into the well-studied problem of simulating multivariate Gaussian random vectors followed by application of block-dependent transformation functions. The problem of simulating facies is also addressed in this work, for which generalizations of pluri-Gaussian and truncated Gaussian simulation models for unstructured grids are proposed.An application of the proposed methods is demonstrated on a case study X, which is an offshore gas reservoir with a tartan-meshed grid
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Hoang, Thi Quynh Van. "Maillage cartésien non-conforme pour la méthode TLM : application à la conception de rectennas compactes." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4045.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans cette thèse sont divisés en deux parties. La première partie est consacrée au développement d’un code de calcul électromagnétique basé sur la méthode TLM (Transmission Line Matrix) pour la modélisation des géométries très hétérogènes, nécessitant la prise en compte de maillages non-conformes localement raffinés. Cet aspect multi-échelle consiste à résoudre un problème de couplage spatio-temporel. Le couplage spatial est mis en oeuvre en utilisant la technique des transformateurs introduite par Wlodarczyk. Notre effort s’est porté plus particulièrement sur le couplage temporel afin de pouvoir utiliser le pas temporel maximum dans chaque sous-maillage. Des techniques d’interpolation temporelle de type Taylor de second ordre et cubique Spline ainsi qu’une méthode de prédiction temporelle inspirée de la méthode de Prony-Pisarenko pour l’analyse spectrale ont été mises en oeuvre et évaluées. La deuxième partie est consacrée à la conception de rectennas. Ces structures non linéaires, à la géométrie complexe et hétérogène, intégrant des diodes Schottky, sont les éléments clés des systèmes de transmission ou de récupération d’énergie sans fil. Leur simulation globale (circuit-électromagnétique) dans le domaine temporel par la TLM constitue un avantage par rapport aux logiciels commerciaux qui nécessitent des ajustements de certains paramètres SPICE par des réalisations et caractérisations expérimentales à priori, compliquant ainsi le processus de conception. Cela a permis de prédire avec précision le rendement de conversion d’une rectenna globale et de développer puis caractériser expérimentalement deux rectennas compactes fonctionnant à 2. 45GHz<br>The work presented in this thesis is divided into two parts. The first part is devoted to the development of a computational electromagnetic code based on the TLM method (Transmission Line Matrix) to simulate structures with multi-scale aspects, requiring multigrids-subgrids locally refined. This leads to solve a simultaneous spatial and time domain coupling problem. As it was proved to be very effective for spatial domain coupling, the technique using transformers introduced by Wlodarczyk is implemented. Actual work is focussed on the time domain coupling to allow using the maximum time step in each sub grid. Interpolation techniques such as Taylor second order and cubic Spline and also a prediction technique inspired from the Prony-Pisarenko method for power spectral density estimation were implemented and evaluated. The second part is devoted to the design of rectennas. Such non linear and multi-scale structures, integrating Schottky diodes, are key elements of wireless power transmission or energy harvesting systems. It is demonstrated that modelling rectennas with a global circuit-electromagnetic simulation tool in time domain as with TLM provides a substantial advantage compared to commercial simulation softwares that requires various experimental adjustments, rendering complex the design process. It becomes then possible to accurately predict the conversion efficiency of an entire rectenna. The design and complete experimental characterization of two compact rectennas operating at 2. 45GHz are finally presented
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Tampango, Yendoubouam. "Développement d'une méthode sans maillage basée sur les approximations de Taylor." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0322/document.
Full textAbstract:
Ces dernières décennies, de nouvelles méthodes numériques connues sous le nom de « méthodes sans maillage » ont été développées. Contrairement à la MEF, ces méthodes n'utilisent qu'un ensemble de noeuds répartis dans le domaine sans demander un maillage de celui-ci. Jusqu'à présent, aucune de ces méthodes n'est parvenue à satisfaire les utilisateurs de la MEF. Dans cette thèse, nous proposons une méthode sans maillage, utilisant les approximations de Taylor. Cette méthode a l'avantage de n'utiliser que des points sur la frontière. En effet, l'EDP est résolue sous sa forme forte dans le domaine et les conditions aux limites sont appliquées par la méthode des moindres carrés. Cette méthode a été introduite, il y a 3 ans par S. Zeze dans sa thèse. Les tests académiques effectués en linéaire ont montré que cette méthode est très précise et que la convergence est améliorée en augmentant le degré, comme dans la p-version des EF. Nos travaux de thèse sont une suite des travaux de S. Zeze et ils visent à rendre plus robuste la méthode et aussi à élargir son champ d'application. Dans un premier temps, nous faisons une analyse mathématique de la méthode. Cette analyse passe par l'analyse des séries calculées. Le but de cette analyse est d'évaluer le domaine de convergence de la solution. Les résultats obtenus ont montré que pour certains problèmes, il faut subdiviser le domaine en quelques sous domaines et faire une résolution par sous domaine. La suite de nos travaux a donc été d'établir une technique de raccordement qui permettra d'assurer les conditions de transmission aux interfaces, dans le cas d'une résolution par sous domaine. En dernière partie, nous étendons l'application de la méthode aux problèmes non linéaires, en la couplant à une méthode de linéarisation<br>In these last decades, new numerical methods known as « meshless methods » have been developped. Contrary to the FEM, these methods uses only a set of nodes in the domain, without need of any mesh. Until now, any of these methods has convinced users of FEM. In this paper, we present a new meshless method using Taylor series expansion. In this method, the PDE is solved quasi exactly in the domain and the boundary conditions are applied by using a least square method. Then only the boundary discretisation is needed so the proposed method is a « true boundary meshless method ». This technique has been proposed for the first time by S. Zeze in his PhD thesis. The study of some linear problems has shown that this technique leads to a very good accuracy and that the convergence can be improved by increasing approximation degree. Our work is a continuation of S. Zeze work, and it consists to make the proposed method more robust and to extend its range of application. For that, we first make an analysis of the series computed by the method. The aim of this analysis was to evaluate the domain of validity of these series. This analysis showed that, for some problems, an accuracy cannot be obtained without splitting the domain in subdomains and making a resolution by subdomains. Therefore the second part of our work was to define a technique which will ensure the continuity at the interface between subdomains, in the case of a resolution by subdomains. The last part of our work was dedicated to non-linear problems. We establish an algorithm to show how the proposed method can deal with nonlinear-problems
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Eddhahak-Ouni, Anissa. "Modélisation de l'usure superficielle dans les contacts roulants : mise en place des méthodes adaptées au cas non stationnaire des contacts came galet." Université de Marne-la-Vallée, 2006. http://www.theses.fr/2006MARN0300.
Full textAbstract:
La simulation de l’usure dans les contacts roulants est considérée l’une des plus grandes préoccupations des concepteurs et des industriels. Afin de pouvoir prolonger la durée de vie de leurs systèmes mécaniques, un outil de prédiction de l’usure doit être développé. Ce travail de recherche a pour but de mettre en place une approche simplifiée pour la description de l’évolution de l’usure dans les pistes des cames des souffleuses des bouteilles plastiques fabriquées par Sidel. La forme cycloïdale de la came commande le roulement du galet et régit ainsi la cinématique du système d’ouverture/fermeture des moules. De ce fait, la vitesse de rotation du galet et l’effort de contact came/galet ne sont pas stationnaires et il est intéressant de pouvoir reproduire ces phénomènes transitoires et décrire le profil usé des solides en contact dans un régime non stationnaire. Dans un premier temps, nous abordons l’étude en présentant une approche simplifiée pour résoudre le problème de contact roulant en régime stationnaire. La pertinence de la méthode est prouvée en la confrontant à l’approche exacte et en la testant sur différents cas critiques…Ensuite, nous étendons cet outil au cas transitoire en prenant en compte l’aspect dynamique des solides en contact. Le modèle transitoire construit est puissant en temps de calcul et ses résultats sont en cohérence avec la réalité. L’exemple industriel du système d’ouverture/fermeture des moules des machines de soufflage est traité en faisant l’hypothèse des pièces rigides et des liaisons parfaites. La loi d’Archard est utilisée en version modifiée pour décrire l’évolution du profil de la came usée en fonction des passages des galets. En fin de cette étude et dans le but de traduire les phénomènes d’une façon plus réaliste, nous avons investigué la prise en compte de la flexibilité des pièces dans la modélisation. Les résultats numériques des équations de la dynamique non linéaire sont comparés aux résultats du modèle rigide afin de conclure sur l’influence de la flexibilité sur la réponse dynamique du système<br>Wear simulation in rolling contact is considered one of the major concerns of designers and industrialists. In order to extend the life time of their mechanical systems, a wear prediction tool has to be developed. The aim of this research is to develop a simplified approach for the description of wear evolution in cam’s track of the plastic bottles blowing machines manufactured by Sidel. Thecycloid shape of the opening/closing cam governs the roller movement and consequently the system kinematics. Thus, roller rotation velocity and normal contact load cam/roller are not stationary, so it’s of interest to be able to describe these transient phenomena as well as the worn profiles of the contacting bodies during time. First, we start the study by presenting a simplified approach for the resolution of the rolling contact problem in steady state. The method reliability is proved when compared with the exact theory and tested on several critical cases. Second, we extend this approach to transient case by taking into account the dynamic feature of both solids. This transient model is fast, its results show a good agreement with the reality. The industrial example of the moulds opening/closing system of the blowing machines is treated making the hypothesis of components stiffness and perfect joints. The Archard’s law is used with a modified version to describe the evolution of worn cam profile versus rollers passages. In the end of this work and in order to describe phenomena in a more realistic way, we investigated the influence of components flexibility in the modelling. Numerical results of non linear dynamic equations are compared with the stiff model to conclude on the effect of the flexibility on the system dynamic response
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Mamaghani, Magnolia. "Suivi de fronts par des méthodes de raffinement de maillage adaptatif et application à la simulation du procédé de récupération Steam Assited Gravity Drainage." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00740906.
Full textAbstract:
Le Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) est le procédé de récupération thermique sur lequel plusieurs compagnies pétrolières fondent de grande espoirs. Il consiste en deux horizontaux forés l'un au-dessus de l'autre à quelques mètres d'écart. De la vapeur est injectée dans le réservoir par le puits supérieur ce qui provoque la formation d'une chambre. L'huile au voisinage des parois de la chambre se réchauffe et descend ensuite par gravité vers le puits producteur avec l'eau liquide issue de la condensation de la vapeur. La simulation numérique de ce procédé est un outil qui permet de comprendre les mécanismes physiques, d'estimer la production et d'évaluer les investissement ainsi que les risques associés. Cependant, les simulations numériques de SAGD présentent des inconvénients : la zone d'écoulement est peu épaisse comparée aux dimensions du réservoir. La discrétisation en espace doit être assez fine si l'on souhaite prédire de façon précise la production, ce qui peut amener à des simulations à plusieurs millions de mailles dans des cas réels et donc à des temps de simulation extrêments longs. A l'IFP, un générateur de maillages adaptatifs permet de mettre à jour le maillage au cours de la simulation en raffinant localement les mailles situées dans la zone d'écoulement. Basés sur des estimations d'erreur a posteriori pour des schémas volumes finis pour des équations hyperboliques non linéaires, les nouveaux critères de raffinement que nous proposons ont la particularité de dépendre des données initiales du problème
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Léger, Raphaël. "Couplage pour l'aéroacoustique de schémas aux différences finies en maillage structuré avec des schémas de type éléments finis discontinus en maillage non structuré." Thesis, Paris Est, 2011. http://www.theses.fr/2011PEST1030/document.
Full textAbstract:
Cette thèse vise à étudier le couplage entre méthodes de Galerkine discontinue (DG) et méthodes de différences finies (DF) en maillages hybrides non structuré / cartésien, en vue d'applications en aéroacoustique numérique. L'idée d'une telle approche consiste à pouvoir tirer profit localement des avantages respectifs de ces méthodes, soit, en d'autres termes, à pouvoir prendre en compte la présence de géométries complexes par une méthode DG en maillage non structuré, et les zones qui en sont suffisamment éloignées par une méthode DF en maillage cartésien, moins coûteuse. Plus précisément, il s'agit de concevoir un algorithme d'hybridation de ces deux types de schémas pour l'approximation des équations d'Euler linéarisées, puis d'évaluer avec attention le comportement numérique des solutions qui en sont issues. De par le fait qu'aucun résultat théorique ne semble actuellement atteignable dans un cas général, cette étude est principalement fondée sur une démarche d'expérimentation numérique. Par ailleurs, l'intérêt d'une telle hybridation est illustré par son application à un calcul de propagation acoustique dans un cas réaliste<br>This thesis aims at studying coupling techniques between Discontinuous Galerkin (DG) and finite difference (FD) schemes in a non-structured / Cartesian hybrid-mesh context,in the framework of Aeroacoustics computations. The idea behind such an approach is the possibility to locally take advantage of the qualities of each method. In other words, the goal is to be able to deal with complex geometries using a DG scheme on a non-structured mesh in their neighborhood, while solving the rest of the domain using a FD scheme on a cartesian grid, in order to alleviate the needs in computational resources. More precisely, this work aims at designing an hybridization algorithm between these two types of numerical schemes, in the framework of the approximation of the solutions of the Linearized Euler Equations. Then, the numerical behaviour of hybrid solutions is cautiously evaluated. Due to the fact that no theoretical result seems achievable at the present time, this study is mainly based on numerical experiments. What's more, the interest of such an hybridization is illustrated by its application to an acoustic propagation computation in a realistic case
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Canouet, Nicolas. "Méthodes de Galerkin Discontinu pour la résolution du système de Maxwell sur des maillages localement raffinés non-conformes." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2003. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000555.
Full textAbstract:
Ce travail s'intéresse à la résolution du système de Maxwell dans le domaine temporel sur des maillages héxaédriques orthogonaux localement raffinés de manière conforme ou non-conforme. Une méthode de Galerkin discontinu, reposant sur une approximation centrée pour le calcul des intégrales de surface et un schéma saute-mouton d'ordre 2 pour l'intégration temporelle est présentée. On définit ainsi une classe de schémas non-diffusifs : un équivalent discret de l'énergie électromagnétique est conservée.
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Bonilla, Matthieu. "Contribution à l'étude des méthodes d'analyse électromagnétique temporelle des dispositifs micro-ondes et non linéaires." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066043.
Full text
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Mamaghani, Magnolia. "Suivi de fronts par des méthodes de raffinement de maillage adaptatif et application à la simulation du procédé de récupération Steam Assited Gravity Drainage." Phd thesis, Clermont-Ferrand 2, 2010. http://www.theses.fr/2010CLF22014.
Full textAbstract:
Le Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) est le procédé de récupération thermique sur lequel plusieurs compagnies pétrolières fondent de grande espoirs. Il consiste en deux horizontaux forés l'un au-dessus de l'autre à quelques mètres d'écart. De la vapeur est injectée dans le réservoir par le puits supérieur ce qui provoque la formation d'une chambre. L'huile au voisinage des parois de la chambre se réchauffe et descend ensuite par gravité vers le puits producteur avec l'eau liquide issue de la condensation de la vapeur. La simulation numérique de ce procédé est un outil qui permet de comprendre les mécanismes physiques, d'estimer la production et d'évaluer les investissement ainsi que les risques associés. Cependant, les simulations numériques de SAGD présentent des inconvénients : la zone d'écoulement est peu épaisse comparée aux dimensions du réservoir. La discrétisation en espace doit être assez fine si l'on souhaite prédire de façon précise la production, ce qui peut amener à des simulations à plusieurs millions de mailles dans des cas réels et donc à des temps de simulation extrêments longs. A l'IFP, un générateur de maillages adaptatifs permet de mettre à jour le maillage au cours de la simulation en raffinant localement les mailles situées dans la zone d'écoulement. Basés sur des estimations d'erreur a posteriori pour des schémas volumes finis pour des équations hyperboliques non linéaires, les nouveaux critères de raffinement que nous proposons ont la particularité de dépendre des données initiales du problème
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Paxion, Sébastien. "Développement d'un solveur multigrille non-structuré parallèle pour la simulation de flammes laminaires en chimie et transport complexes." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1999. http://www.theses.fr/1999ECAP0681.
Full textAbstract:
A ce jour, les simulations précises d'écoulements réactifs complexes restent difficiles à réaliser et très couteuses. Cependant, leurs enjeux actuels sont d'une telle importance scientifique, économique et écologique, qu'il y a aujourd'hui un réel besoin d'outils prédictifs rapides, complémentaires des études expérimentales. Ce travail a consisté à développer un code de simulation de flammes laminaires stationnaires en milieu gazeux, pour des faibles nombres de mach. Des modèles détaillés sont pris en compte pour décrire les mécanismes réactionnels, les propriétés thermodynamiques du mélange gazeux et la diffusion moléculaire des espèces chimiques. Le code, appelé UG-C, se base sur la bibliothèque UG développée par l'équipe de P. Bastian et G. Wittum a l'IWR de Heidelberg. Afin de réduire autant que possibles les temps de simulation, les équations sont écrites sous l'approximation du faible nombre de mach et résolues par des méthodes modernes : intégration implicite en temps, solveurs de Krylov-Newton avec préconditionnement multigrille, maillages non-structures raffines dynamiquement, optimisation du stockage des matrices creuses. Le code est de plus portable sur machines parallèles à mémoire distribuée et dispose d'algorithmes performants de distribution de la charge entre processeurs. Les premières validations ont été effectuées pour des flammes de diffusion hydrogène/air et de prémélange méthane/air. L'intérêt des simulations comme outil prédictif est démontré sur le bruleur industriel TOPDEC. Une réduction supplémentaire des temps de calculs est attendue grâce à l'implantation prochaine de la méthode ILDM/FPI de réduction automatique de schémas cinétiques. La voie sera alors ouverte vers des simulations de plus grande ampleur (cinétiques chimiques plus complexes, simulations tridimensionnelles) et d'autres champs d'application (réacteurs de déposition chimique en phase vapeur, d'optimisation de bruleurs).
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Fahs, Hassan. "Méthodes de type Galerkin discontinu d'ordre élevé pour la résolution numérique des équations de Maxwell instationnaires sur des maillages simplexes non-conformes." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00359874.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur le développement d'une méthode Galerkin discontinue (GDDT) d'ordre élevé pour la résolution numérique des équations de Maxwell instationnaires sur des maillages simplexes non-conformes. On présente tout d'abord une méthode GDDT reposant sur des fonctions de base nodales pour approcher le champ électromagnétique dans un simplexe, un schéma centré pour évaluer les flux numériques aux interfaces entre cellules voisines et un schéma saute-mouton du second ordre pour l'intégration temporelle. De plus, cette méthode autorise l'utilisation de maillages non-conformes présentant un nombre arbitraire de noeuds flottants. La méthode résultante est non-dissipative, stable sous une condition de type CFL, conserve un équivalent discret de l'énergie électromagnétique, et très peu dispersive. Afin de diminuer le coût de calcul de cette méthode, on propose une méthode GDDT de type /hp/, qui combine /h-/raffinement et /p/-enrichissement locaux tout en préservant la stabilité. On réalise ensuite une étude numérique détaillée des méthodes GDDT sur la base d'une série de problèmes de propagation d'ondes en milieux homogène et hétérogène. En particulier, on effectue une comparaison des méthodes Galerkin discontinues conformes et non-conformes en termes de précision, convergence et coûts de calcul.<br />Afin d'améliorer la précision et la vitesse de convergence des méthodes GDDT précédentes, on étudie une famille de schémas saute-mouton d'ordre<br />arbitrairement élevé. Ces schémas temporels nous assurent sur tout maillage la conservation d'un équivalent discret de l'énergie électromagnétique ainsi que la stabilité des méthodes GDDT résultantes sous une condition de type CFL. On réalise aussi une étude de convergence /hp a priori/ ainsi qu'une étude de convergence de l'erreur sur la divergence. Des expériences numériques montrent que pour un maillage donné, le schéma saute-mouton du quatrième ordre est moins coûteux en temps de calcul et plus précis que le schéma saute-mouton du second ordre, en dépit d'une complexité arithmétique accrue.<br />De plus, on obtient une convergence exponentielle avec le schéma saute-mouton du quatrième ordre.
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El, Alaoui Lakhnati Linda. "Analyse d'esrreur a priori et a posteriori pour des méthodes d'éléments finis mixtes non-conformes." Marne-la-vallée, ENPC, 2005. https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001267.
Full text
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Gorsse, Yannick. "Approximation numérique sur maillage cartésien de lois de conservation : écoulements compressibles et élasticité non linéaire." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00796722.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous nous intéressons à la simulation numérique d'écoulements compressibles comportant des interfaces. Ces interfaces peuvent séparer un fluide et un solide rigide, deux fluides de lois d'état différentes ou encore un fluide et un solide élastique. Dans un premier temps, nous avons élaboré une méthode de type frontières immergées afin d'imposer une condition de glissement au bord d'un obstacle rigide de manière précise. Nous avons ensuite étudié et validé un schéma de type interface non diffuse pour les écoulements multi-matériaux en vue d'appliquer la méthode de frontières immergées aux solides déformables.
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El, Alaoui Lakhnati Linda. "Analyse d'erreur a priori et a posteriori pour des méthodes d'éléments finis mixtes non-conformes." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001267.
Full textAbstract:
Dans cette thèse nous nous intéressons à l'analyse d'erreur a priori et a posteriori de méthodes d'éléments finis mixtes et non-conformes. Nous considérons en particulier les équations de Darcy à perméabilité fortement variable et les équations de convection-diffusion-réaction en régime de convection dominante. Nous discrétisons les équations de Darcy par une méthode d'éléments finis mixtes non-conformes de type Petrov-Galerkin appelée schéma boîte. Les techniques d'estimations d'erreur a posteriori par résidu et hiérarchique conduisent à des estimateurs d'erreur a posteriori fiables et optimaux indépendamment des fluctuations de la perméabilité. Les résultats théoriques sont validés numériquement sur différents cas tests présentant de forts contrastes de perméabilité. Enfin, nous montrons comment les indicateurs d'erreur obtenus permettent de générer des maillages adaptatifs. Nous discrétisons les équations de convection-diffusion-réaction par des éléments finis nonconformes. Deux méthodes de stabilisation sont étudiées: la stabilisation par viscosité de sous-maille, conduisant à un schéma boîte et la méthode de pénalisation sur les faces. Nous montrons que les deux schémas ainsi obtenus ont les mêmes propriétés de convergence que les approximations par éléments finis conformes. Grâce aux techniques d'estimations d'erreur par résidu nous obtenons des estimateurs d'erreur a posteriori fiables et optimaux. Certains des indicateurs d'erreur sont robustes au sens de Verfürth, c'est à dire que le rapport des constantes intervenant dans les inégalités de fiabilité et d'optimalité explose en au plus l'inverse du nombre de Péclet. Les résultats théoriques sont validés numériquement et les indicateurs d'erreur a posteriori obtenus permettent de générer des maillages adaptatifs sur des problèmes présentant des couches intérieures.
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El, Khaoulani Rachid. "Prédiction fiable de l'endommagement ductile par la méthode des éléments finis mixtes : endommagement non local et adaptation de maillage." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00566805.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est le développement d'un modèle numérique fiable et précis pour prédire l'évolution de l'endommagement jusqu'à la rupture dans une structure soumise à des grandes déformations plastiques. Ces développements contribuent à l'enrichissement d'une librairie EF parallèle appelée CIMLib. Pour mieux traiter l'incompressibilité des déformations plastiques, une approximation éléments finis mixtes vitesse-pression avec une discrétisation stabilisée P1+/P1 est utilisée pour la résolution des équations mécaniques. L'intégration d'une loi de comportement élastoplastique endommageable dans cette approximation a été largement abordée. L'évolution de l'endommagement obéit à un modèle de Lemaitre enrichi, où les phénomènes dissipatifs sont couplés et qui prend en compte la nature des sollicitations et l'effet de refermeture des fissures en compression. L'approximation éléments finis avec un comportement adoucissant est fortement dépendante de la discrétisation spatiale dans la phase post-critique. Pour pallier à ce problème, nous avons adopté une méthode de régularisation non locale du gradient implicite. Nous avons choisi un exemple où la localisation est très marquée en bande de cisaillement pour montrer la fiabilité de notre modèle à prédire l'évolution de l'endommagement jusqu'à la rupture de la structure. Un autre axe principal de cette thèse est l'adaptation anisotrope de maillage au phénomène d'endommagement. Une stratégie d'adaptation anisotrope de maillage pilotée par un estimateur de l'erreur d'interpolation a été utilisée afin d'améliorer la précision pour l'endommagement avec un temps de calcul minimal. L'apport de l'adaptation de maillage permet de garantir une meilleure prédiction de l'évolution de l'endommagement jusqu'à la rupture. Son utilisation nous a permis de retrouver numériquement des modes de rupture observés expérimentalement. Dans le cadre de grands cas industriels irréductibles, par exemple à cause de la croissance de l'endommagement, le temps de calcul peut devenir pénalisant. Nous nous sommes donc intéressé à l'accélération de la résolution des grands systèmes linéaires issus d'une approximation éléments finis par les méthodes multigrilles. Un préconditionneur multigrille géométrique a été mis en place. Les premières validations ont montré que ce préconditionneur permet d'avoir une complexité quasi-linéaire en fonction des degrés de liberté. Le modèle numérique ainsi développé peut servir à la simulation des procédés de pose de points d'assemblage des tôles par déformations plastiques, à l'étude de leur tenue mécanique en les soumettant à des sollicitations variées, et à la simulation des procédés de mises en forme à froid des corps solides (emboutissage, forgeage, hydroformage, semi découpe ou découpe des tôles ...)
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Schwartz, Martin. "Contribution à la résolution de problèmes tridimensionnels de fissuration fragile. Vers l'utilisation d'un modèle non-local de comportement élastique." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0031/document.
Full textAbstract:
Au cours de cette thèse, nous avons développé un outil numérique, basé sur une formulation intégrale en éléments de frontière, qui permet une analyse classique du comportement d'une fissure 3D soumise à des sollicitations mécaniques complexes. Cet outil industriel est destiné à être intégré dans un code de calcul à usage industriel. Dans le but d'appréhender l'impact de la microstructure sur le comportement en fissuration fragile, nous nous sommes intéressés aux modèles de comportement non local. Nous avons commencé par adopter le modèle de comportement élastique non local de Eringen, qui permet de décrire plus finement le comportement élastique au voisinage de la fissure en prenant en compte les interactions à longue distance au sein du matériau. Cette modélisation du comportement conduit, contrairement à l'approche classique, à un un champ de contrainte fini sur le front de la fissure et localement maximal en avant du front. Ces résultats montrent qu'il est possible de prévoir la stabilité et la direction de propagation de la fissure à l'aide d'un critère plus simple et plus naturel, basé sur les variations du champ de contrainte au voisinage du front de la fissure. La stratégie numérique adoptée permet de traiter indifféremment des cas de fissure en traction, compression, cisaillement ou sollicitation mixte. L'intérêt de l'approche non-locale étant clairement démontré, nous avons considéré la version améliorée du modèle de Eringen telle que proposée par Polizzotto. Cette modélisation est la plus appropriée pour les milieux finis et requiert une mise en oeuvre numérique particulière. Les bases d'une méthodologie numérique, initiée par R. Kouitat ont été établies. Cette méthode est fondée sur un couplage des éléments de frontière avec une méthode de collocation par points d'équations aux dérivées partielles. Les premiers résultats obtenus dans ce cadre sont très encourageants et montrent qu'il sera effectivement possible de traiter le phénomène irréversible de fissuration de la même façon que les problèmes de plasticité<br>In this thesis, we have developed a numerical tool, based on a classical boundary elements method, which allows a conventional analysis of a stationary crack in a 3D specimen under complex mechanical loading. In order to assess the impact of the microstructure on the brittle fracture, we were interested in non local models of behavior. First, we have adopted the non local elastic model due to Eringen. This refined constitutive equation allows to account for long range interactions in the description of the elastic behavior in the vicinity of the crack front. Unlike the traditional approach, this type of model leads to a finite stress field at the crack front. Moreover, the stress is locally maximal ahead of the front. These interesting results indicate that it is possible to predict the stability and direction of crack propagation in a simple and more naturel way by using stress based criteria. The implemented numerical strategy can handle cases of crack in tension or compression, under shear stress or mixed loadings. Having clearly highlighted the interest of non local models, we have adopted the improved version of Eringen elastic model as proposed by Polizzotto. This elastic model is applicable to finite domains and requires a specific numerical treatment. The basis of such a numerical strategy initiated by R. Kouitat has been established. The method couples the conventional boundary element method with local point interpolation of a strong form differential equation. Promising results are obtained and show that with such modeling of material behavior, it is possible to describe the irreversible process of fracturing in a similar way as plasticity
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Drui, Florence. "Modélisation et simulation Eulériennes des écoulements diphasiques à phases séparées et dispersées : développement d’une modélisation unifiée et de méthodes numériques adaptées au calcul massivement parallèle." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC033/document.
Full textAbstract:
Dans un contexte industriel, l’utilisation de modèles diphasiques d’ordre réduit est nécessaire pour pouvoir effectuer des simulations numériques prédictives d’injection de combustible liquide dans les chambres de combustion automobiles et aéronautiques, afin de concevoir des équipements plus performants et moins polluants. Le processus d’atomisation du combustible, depuis sa sortie de l’injecteur sous un régime de phases séparées, jusqu’au brouillard de gouttelettes dispersées, est l’un des facteurs clés d’une combustion de bonne qualité. Aujourd’hui cependant, la prise en compte de toutes les échelles physiques impliquées dans ce processus nécessite une avancée majeure en termes de modélisation, de méthodes numériques et de calcul haute performance (HPC). Ces trois aspects sont abordés dans cette thèse. Premièrement, des modèles de mélange, dérivés par le principe variationnel de Hamilton et le second principe de la thermodynamique sont étudiés. Ils sont alors enrichis afin de pouvoir décrire des pulsations des interfaces au niveau de la sous-échelle. Des comparaisons avec des données expérimentales dans un contexte de milieux à bulles permettent de vérifier la cohérence physique des modèles et de valider la méthodologie. Deuxièmement, une stratégie de discrétisation est développée, basée sur une séparation d’opérateur, permettant la résolution indépendante de la partie convective des systèmes à l’aide de solveurs de Riemann approchés standards et les termes sources à l’aide d’intégrateurs d’équations différentielles ordinaires. Ces différentes méthodes répondent aux particularités des systèmes diphasiques compressibles, ainsi qu’au choix de l’utilisation de maillages adaptatifs (AMR). Pour ces derniers, une stratégie spécifique est développée : il s’agit du choix de critères de raffinement et de la projection de la solution d’une grille à une autre (plus fine ou plus grossière). Enfin, l’utilisation de l’AMR dans un cadre HPC est rendue possible grâce à la bibliothèque AMR p4est, laquelle a montré une excellente scalabilité jusqu’à plusieurs milliers de coeurs de calcul. Un code applicatif, CanoP, a été développé et permet de simuler des écoulements fluides avec des méthodes de volumes finis sur des maillages AMR. CanoP pourra être utilisé pour des futures simulations d’atomisation liquide<br>In an industrial context, reduced-order two-phase models are used in predictive simulations of the liquid fuel injection in combustion chambers and help designing more efficient and less polluting devices. The combustion quality strongly depends on the atomization process, starting from the separated phase flow at the exit of the nozzle down to the cloud of fuel droplets characterized by a disperse-phase flow. Today, simulating all the physical scales involved in this process requires a major breakthrough in terms of modeling, numerical methods and high performance computing (HPC). These three aspects are addressed in this thesis. First, we are interested in mixture models, derived through Hamilton’s variational principle and the second principle of thermodynamics. We enrich these models, so that they can describe sub-scale pulsations mechanisms. Comparisons with experimental data in a context of bubbly flows enables to assess the models and the methodology. Based on a geometrical study of the interface evolution, new tracks are then proposed for further enriching the mixture models using the same methodology. Second, we propose a numerical strategy based on finite volume methods composed of an operator splitting strategy, approximate Riemann solvers for the resolution of the convective part and specific ODE solvers for the source terms. These methods have been adapted so as to handle several difficulties related to two-phase flows, like the large acoustic impedance ratio, the stiffness of the source terms and low-Mach issues. Moreover, a cell-based Adaptive Mesh Refinement (AMR) strategy is considered. This involves to develop refinement criteria, the setting of the solution values on the new grids and to adapt the standard methods for regular structured grids to non-conforming grids. Finally, the scalability of this AMR tool relies on the p4est AMR library, that shows excellent scalability on several thousands cores. A code named CanoP has been developed and enables to solve fluid dynamics equations on AMR grids. We show that CanoP can be used for future simulations of the liquid atomization
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Shi, Yu-E. "Résolution numérique des équations de Saint-Venant par la technique de projection en utilisant une méthode des volumes finis dans un maillage non structuré." Phd thesis, Caen, 2006. http://www.theses.fr/2006CAEN2045.
Full textAbstract:
Il n'existe à présent que peu de modèles aux volumes finis non structurés (UFVM: Unstructured Finite-Volumes Methods) développés pour simuler les écoulements à surface libre. La difficulté principale rencontrée durant ce développement est liée à la géométrie complexe du domaine de calcul et aux variations de fonds très irréguliers avec la présence des zones sèches ou/et mouillées. Ce mémoire de thèse présente le développement d’Un modèle numérique 2D, baptisé ECOMOD-UFVM, qui est basé sur la résolution des équations de Saint-Venant par une technique de projection couplée à une UFVM. La UFVM permettra une modélisation plus proche de la géométrie souvent complexe des zones côtières et estuariennes. Dans un premier temps, un seul schéma ULSS (Upwind Least Squares Scheme) du 2ème ordre a été introduit dans le code pour traiter les termes de convection, responsables des oscillations et diffusions numériques indésirables. Une dizaine de cas-tests proposés dans les études d’écoulements à surface libre existantes ont été réalisés : écoulements à surface libre; problèmes de rupture de barrages. Les résultats des cas-tests sont satisfaisants et nous permettent d’envisager avec confiance le passage à deux applications grandeur nature: la rupture du barrage de Malpasset (France) et l’inondation par les crues éclairs dans la ville de Dongchuan (Chine). Les résultats du présent travail confirment la fiabilité, la précision, la stabilité, et la robustesse du code développé dans la résolution des équations de Saint-Venant décrivant les écoulements de tout genre : lent, rapide et torrentiel sur tout type du fond : sec/mouillé, plat ou en grande pente, régulier ou très irrégulier<br>Recently, several Unstructured Finite-Volumes Methods (UFVM) have been developed to solve Navier-Stokes flows, but there do not exist so many applications of UFVM to the shallow-water problems. The principal difficulty, encountered in the applications of such models, is related to the irregular variation of bed elevation with the presence of wet/dry zones in a complex geometry. This dissertation presents the development of a 2-D numerical model, named ECOMOD-UFVM, which is based on the solving of the Saint-Venant equations by a projection technique coupled with a UFVM. The UFVM will allow a numerical modelling, which can perfectively adapt to the geometry very complex in the coastal and estuarine zones. Initially, in the framework of this thesis, a second order scheme of ULSS (Upwind Least Squares Scheme) is introduced in the code to handle the convection terms in order to prevent undesirable numerical oscillations and diffusions. Ten benchmarked test cases proposed in the existing studies were carried out: shallow water flows; dam-break flows. The results of the case-tests are satisfactory and allow us to make with confidence the passage into two real natural applications: dam-break of Malpasset (France) and flash flood in the city of Dongchuan (China). The results obtained confirm the reliability, the precision, the stability and the robustness of the developed UMVF model in solving the Saint-Venant equations, describing all kinds of flows: slow, fast and torrential on any type of the bottom: wet/dry, flat or great slopes, regular or very irregular
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Cayot, Pierre. "Schémas numériques d'ordre élevé pour la simulation des écoulements turbulents sur maillage structuré et non structuré." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://oatao.univ-toulouse.fr/16624/1/Cayot_Pierre.pdf.
Full textAbstract:
Nous nous intéressons dans cette thèse au développement et à la mise en oeuvre de schémas numériques Volumes Finis d’ordre élevé pour des maillages non-structurés. Il s’agit de mettre en place les ingrédients numériques pour réaliser des simulations aux grandes échelles avec le code numérique elsA. Les schémas numériques proposés sont basés sur une approche directionnelle, afin de limiter le coût CPU et de réduire la molécule de points. La partie convective du schéma numérique doit être d’ordre élevé. L’ordre élevé est obtenu en utilisant différents gradients sur un stencil prédéféni utilisant 4 cellules. Deux gradients sont utilisés pour la partie convective : le gradient GreenGauss et le gradient “UIG”. Pour la partie diffusive, le gradient “UIG” est utilisé. Ce gradient a été développé durant la thèse et permet d’avoir un gradient moyen d’ordre 2 sur chaque interface. Ce gradient a été étudié et validé sur différents cas-tests. Les schémas numériques d’ordre élevé ont été analysés théoriquement avec des analyses d’ordre et de stabilité. Il a été montré que ces schémas peuvent atteindre l’ordre 5 sur des hexaèdres et l’ordre 3 sur des triangles équilatéraux. Suite à cette analyse, les différents schémas ont été d’abord testés en 1D sur un cas classique d’advection, puis ont été validés sur le cas de convection du vortex isentropique.
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Ghozzi, Yosr. "Simulation numérique des problèmes mécaniques non linéaires par approche mixte MEF-MESHLESS." Thesis, Troyes, 2014. http://www.theses.fr/2014TROY0006/document.
Full textAbstract:
Dans le présent travail, nous mettons en œuvre un développement numérique d’une méthode de discrétisation mixte MEF/Meshless pour la résolution de problème mécanique fortement non-linéaire. Une attention particulière est attribuée à la construction des fonctions de forme par approximation diffuse. Dans le but de traiter des problèmes de la mécanique des solides en transformations finies, nous développons une méthode numérique dite « mixte » unissant à la fois la méthode numérique Meshless afin de discrétiser les zones à fort gradient de déformation, et la méthode des Eléments Finis (MEF) pour les zones les moins sollicitées. Nous veillons donc à assurer le couplage entre ces deux méthodes de discrétisation à travers la mise en œuvre de techniques spécifiques, notamment pour la continuité du domaine et sa consistance en premier lieu, mais aussi pour le choix de la méthode d’intégration numérique appropriée. Nous testons par la suite la fiabilité et la performance du modèle par la mise en place d’une étude comparative avec un modèle MEF standard conçu pour les mêmes conditions numériques, afin de tester la performance des techniques numériques attribuées au modèle « mixte ». Nous développons, par la suite, un modèle de comportement à travers une description des transformations finies. Nous adoptons ainsi une discrétisation spatiale en éléments «assumed strain», et une discrétisation temporelle adaptées. Pour valider notre modèle « mixte » retenu, nous réalisons une étude comparative avec des exemples simples de calcul non linéaire<br>In this work, we implement a development of mixed discretization MEF-Meshless for solving strongly nonlinear mechanical problem. Particular attention is given to the construction of the shape functions by diffuse approximation. In order to deal with problems of solid mechanics with large strain, we develop a so-called “mixed” numerical method combining both Meshless to discretize areas of high deformation gradient, and Finite Element Method (MEF) for non-concerned areas. We ensure coupling between both discretization methods through the implementation of specific techniques, including the continuity and consistency of the field and the choice of the appropriate method of numerical integration. We test later the reliability and performance of the model by the introduction of a comparative study with a standard FEM model designed for the same numerical conditions to evaluate numerical techniques attributed to our “mixed” model. We develop, thereafter, a model of behavior through a large strain description. We adopt spatial discretization elements “assumed strain” and a suitable time discretization. To validate our “mixed” model, we perform a comparative study of nonlinear simple calculation examples
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Mounier, Marie. "Résolution des équations de Maxwell-Vlasov sur maillage cartésien non conforme 2D par un solveur Galerkin discontinu." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAD028/document.
Full textAbstract:
Cette thèse propose l’étude d’une méthode numérique permettant de simuler un plasma. On considère un ensemble de particules, dont le mouvement est régi par l’équation de Vlasov, et qui est sensible aux forces électromagnétiques, qui proviennent des équations de Maxwell. La résolution numérique des équations de Vlasov-Maxwell est réalisée par une méthode Particle In Cell (PIC). La résolution des équations de Maxwell nécessite un maillage suffisamment fin afin de modéliser correctement les problémes multi-échelles que nous souhaitons traiter. Cependant, mailler finement tout le domaine de calcul a un coût. La nouveauté de cette thèse est de proposer un solveur PIC sur des maillages cartésiens localement raffinés, des maillages non conformes, afin de garantir la bonne modélisation du phénomène physique et d’éviter une trop forte pénalisation des temps de calcul.Nous utilisons une méthode Galerkin Discontinue en domaine temporelle (GDDT), qui offre l’avantage d’être d'une grande flexibilité dans le choix du maillage et qui est une méthode d’ordre élevé. Un point fondamental dans l’étude des solveurs PIC concerne le respect de la conservation de la charge. Nous proposons deux approches afin de traiter cet aspect. La première concerne les méthodes utilisant un système de Maxwell augmenté, dont la nouveauté a été de les étendre aux maillages non conformes. La seconde approche repose sur une méthode originale de pré-traitement du calcul du terme source de courant<br>This thesis deals with the study of a numerical method to simulate a plasma. We consider a set of particles whose displacement is governed by the Vlasov equation and which creates an electromagnetic field thanks to Maxwell equations. The numerical resolution of the Vlasov-Maxwell system is performed by a Particle In Cell (PIC) method. The resolution of Maxwell equations needs a sufficiently fine mesh to correctly simulate the multi scaled problems that we have to face. Yet, a uniform fine mesh of the whole domain has a prohibitive cost. The novelty of this thesis is a PIC solver on locally refined Cartesian meshes : non conforming meshes, to guarantee the good modeling of the physical phenomena and to avoid too large CPU time. We use the Discontinuous Galerkin in Time Domain (DGTD) method which has the advantage of a great flexibility in the choice of the mesh and which is a high order method. A fundamental point in the study of PIC solvers is the respect of the charge conserving law. We propose two approaches to tackle this point. The first one deals with augmented Maxwell systems, that we have adapted to non conforming meshes. The second one deals with an original method of preprocessing of the calculation of the current source term
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Li, Yue. "Modélisation des phénomènes électromagnétiques caractérisant des structures composites complexes : application à l’évaluation non destructive." Nantes, 2012. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=970a22ed-e6af-4d0d-8cf8-eafcf4a8a5cb.
Full textAbstract:
Les matériaux composites à fibre de carbone (MCFC) sont très utilisés dans le secteur industriel et domestique grâce à leurs avantages : légèreté, résistance à la corrosion et résistance mécanique. Ce travail se concentre sur la construction d’un modèle pour simuler les problèmes de Contrôle Non Destructif (CND) par courants de Foucault sur les MCFC. L’objectif de cette thèse est la détermination de la distribution des courants de Foucault et de l'impédance du système. Basé sur la formulation T-Oméga, la formulation simplifié T-itérative qui permet de limiter le domaine d’étude à la pièce en MCFC est développée en utilisant la Méthode des Volumes Finis (MVF). Cette méthode numérique permet le traitement de défauts dans les MCFC. Le modèle ainsi développé permet de résoudre les problèmes en 3D dans les milieux fortement anisotropes. De plus, ce modèle permet de faire des maillages différents en fonction des régions et afin de réduire la taille du système matriciel. Cette méthode de maillage non conforme est intégrée dans le programme et adaptée au CND des MCFC. Enfin, la fabrication des plaques MCFC est réalisée, et a constitué une aide à la compréhension de ce type de matériaux. Les résultats de simulations sont validés par les résultats expérimentaux<br>The carbon fiber composite materials (CFCM) are widely used in the industrial and domestic sectors thanks to their advantages: light weight, corrosion resistance and mechanical strength. This work focuses on building a model to simulate the Non-destructive Testing (NDT) problems on CFCM. The objective of this thesis is to determine the distribution of eddy currents and the impedance of the system. Based on the formulation T-Omega, a simplified T-iterative formulation who limits the area of study to the MCFC workpiece is developed using the Finite Volume Method (FVM). This numerical method allows dealing with the defect in the CFCM. The developed model allows solving the 3D problems of highly anisotropic materials. In addition, this model allows making different meshes by regions to reduce the matrix system size. This means that a method of non-conforming mesh is included in the program and adapted to the NDT of CFCM. Finally, the fabrication of the CFCM plates are realized, which helps us to understand the nature of CFCM. The simulation results are validated by the experimental ones
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Horstmann, Tobias. "Méthodes numériques hybrides basées sur une approche Boltzmann sur réseau en vue de l'application aux maillages non-uniformes." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEC027/document.
Full textAbstract:
Malgré l'efficacité informatique et la faible dissipation numérique de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) classique reposant sur un algorithme de propagation-collision, cette méthode est limitée aux maillages cartésiens uniformes. L'adaptation de l'étape de discrétisation à différentes échelles de la mécanique des fluides est généralement réalisée par des schémas LBM à échelles multiples, dans lesquels le domaine de calcul est décomposé en plusieurs sous-domaines uniformes avec différentes résolutions spatiales et temporelles. Pour des raisons de connectivité, le facteur de résolution des sous-domaines adjacents doit être un multiple de deux, introduisant un changement abrupt des échelles spatio-temporelles aux interfaces. Cette spécificité peut déclencher des instabilités numériques et produire des sources de bruit parasite rendant l'exploitation de simulations à finalités aéroacoustiques impossible. Dans la présente thèse, nous avons d'abord élucidé le sujet du raffinement de maillage dans la LBM classique en soulignant les défis et les sources potentielles d'erreur. Par la suite, une méthode de Boltzmann sur réseau hybride (HLBM) est proposée, combinant l'algorithme de propagation-collision avec un algorithme de flux au sens eulérien obtenu à partir d'une discrétisation en volumes finis des équations de Boltzmann à vitesse discrète. La HLBM combine à la fois les avantages de la LBM classique et une flexibilité géométrique accrue. La HLBM permet d'utiliser des maillages cartésiens non-uniformes. La validation de la méthode hybride sur des cas tests 2D à finalité aéroacoustique montre qu'une telle approche constitue une alternative viable aux schémas Boltzmann sur réseau à échelles multiples, permettant de réaliser des raffinements locaux en H. Enfin, un couplage original, basé sur l'algorithme de propagation-collision et une formulation isotherme des équations de Navier-Stokes en volumes finis, est proposé. Une telle tentative présente l'avantage de réduire le nombre d'équations du solveur volumes finis tout en augmentant la stabilité numérique de celui-ci, en raison d'une condition CFL plus favorable. Les deux solveurs sont couplés dans l'espace des moments, où la solution macroscopique du solveur Navier-Stokes est injectée dans l'algorithme de propagation-collision à l'aide de la collision des moments centrés. La faisabilité d'un tel couplage est démontrée sur des cas tests 2D, et les résultas obtenus sont comparés avec la HLBM<br>Despite the inherent efficiency and low dissipative behaviour of the standard lattice Boltzmann method (LBM) relying on a two step stream and collide algorithm, a major drawback of this approach is the restriction to uniform Cartesian grids. The adaptation of the discretization step to varying fluid dynamic scales is usually achieved by multi-scale lattice Boltzmann schemes, in which the computational domain is decomposed into multiple uniform subdomains with different spatial resolutions. For the sake of connectivity, the resolution factor of adjacent subdomains has to be a multiple of two, introducing an abrupt change of the space-time discretization step at the interface that is prone to trigger instabilites and generate spurious noise sources that contaminate the expected physical pressure signal. In the present PhD thesis, we first elucidate the subject of mesh refinement in the standard lattice Boltzmann method and point out challenges and potential sources of error. Subsequently, we propose a novel hybrid lattice Boltzmann method (HLBM) that combines the stream and collide algorithm with an Eulerian flux-balance algorithm that is obtained from a finite-volume discretization of the discrete velocity Boltzmann equations. The interest of a hybrid lattice Boltzmann method is the pairing of efficiency and low numerical dissipation with an increase in geometrical flexibility. The HLBM allows for non-uniform grids. In the scope of 2D periodic test cases, it is shown that such an approach constitutes a valuable alternative to multi-scale lattice Boltzmann schemes by allowing local mesh refinement of type H. The HLBM properly resolves aerodynamics and aeroacoustics in the interface regions. A further part of the presented work examines the coupling of the stream and collide algorithm with a finite-volume formulation of the isothermal Navier-Stokes equations. Such an attempt bears the advantages that the number of equations of the finite-volume solver is reduced. In addition, the stability is increased due to a more favorable CFL condition. A major difference to the pairing of two kinetic schemes is the coupling in moment space. Here, a novel technique is presented to inject the macroscopic solution of the Navier-Stokes solver into the stream and collide algorithm using a central moment collision. First results on 2D tests cases show that such an algorithm is stable and feasible. Numerical results are compared with those of the previous HLBM
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Shi, Yu-E. "Résolution numérique des équations de Saint-Venant par la technique de projection en utilisant une méthode des volumes finis dans un maillage non structuré." Phd thesis, Université de Caen, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00130539.
Full textAbstract:
Il n'existe à présent que peu de modèles aux volumes finis non structurés (UFVM: Unstructured Finite-Volumes Methods) développés pour simuler les écoulements à surface libre. La difficulté principale rencontrée durant ce développement est liée à la géométrie complexe du domaine de calcul et aux variations de fonds très irréguliers avec la présence des zones sèches ou/et mouillées. Ce mémoire de thèse présente le développement d'un modèle numérique 2D, baptisé ECOMOD-UFVM, qui est basé sur la résolution des équations de Saint-Venant par une technique de projection couplée à une UFVM. La UFVM permettra une modélisation plus proche de la géométrie souvent complexe des zones côtières et estuariennes. Dans un premier temps, un seul schéma ULSS (Upwind Least Squares Scheme) du 2ème ordre a été introduit dans le code pour traiter les termes de convection, responsables des oscillations et diffusions numériques indésirables. Une dizaine de cas-tests proposés dans les études d'écoulements à surface libre existantes ont été réalisés : écoulements à surface libre; problèmes de rupture de barrages. Les résultats des cas-tests sont satisfaisants et nous permettent d'envisager avec confiance le passage à deux applications grandeur nature: la rupture du barrage de Malpasset (France) et l'inondation par les crues éclairs dans la ville de Dongchuan (Chine). Les résultats du présent travail confirment la fiabilité, la précision, la stabilité, et la robustesse du code développé dans la résolution des équations de Saint-Venant décrivant les écoulements de tout genre : lent, rapide et torrentiel sur tout type du fond : sec/mouillé, plat ou en grande pente, régulier ou très irrégulier.
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Ansanay-Alex, Guillaume. "Un schéma éléments finis non-conformes / volumes finis pour l'approximation en maillages non-structurés des écoulements à faible nombre de Mach." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00483598.
Full textAbstract:
Nous développons dans cette thèse un schéma numérique pour la résolution sur des maillages non-structurés d'un système d'équations couplant les équations de Navier-Stokes dites ”à faible nombre de Mach” à un ensemble d'équations de bilan pour des quantités scalaires. La contribution principale de la thèse est le développement d'une approximation stable de la prédiction de vitesse discrétisée par éléments finis non-conformes et la mise au point d'un schéma par volumes finis qui soit à la fois stable et robuste vis-à-vis du principe du maximum pour les équations de bilan scalaires. L'approximation de Galerkin de la prédiction de vitesse des équations de Navier-Stokes est particulièrement sensible aux régimes à convection dominante et aux couches limites. Nous avons ainsi développé, pour des maillages quelconques en hexahèdres ou tétrahèdres et en maillage structuré axisymétrique, une approximation des termes d'inertie par des éléments finis non conformes de bas degré satisfaisant la condition de compatibilité inf-sup discrète qui respecte une inégalité d'énergie et permet le contrôle au niveau discret de la variation d'énergie cinétique par la dissipation visqueuse. Dans la définition d'un schéma volumes finis pour l'approximation des équations de convection-diffusion, nous sommes confrontés à la nécessité de s'adapter à des maillages potentiellement non-structurés voire non conformes et de respecter un principe de maximum discret. Nous avons donc proposé un couplage nouveau de schémas volumes finis pour l'équation de convection-diffusion. Tous les développements effectués sont enfin validés sur des cas concrets d'intérêt pour la simulation des écoulements turbulents réactifs.
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Tavé, Cédric. "Construction simple de schémas distribuant le résidu non-oscillants et d'ordre élevé pour la simulation d'écoulements stationnaires sur maillages triangulaires et hybrides." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13496.
Full textAbstract:
Nous nous intéressons dans cette thèse aux schémas numériques dits "distribuant le résidu". Cette classe de méthode s'applique aux équations de conservation, typiquement les équations de la mécanique des fluides ; la robustesse et la flexibilité de cette approche permettent de résoudre de manière précise et compacte des problèmes difficiles sur maillages non structurés. Nous présentons ici une méthodologie permettant de construire de façon automatique des schémas d'ordre élevé (deux et plus). Après avoir rappelé quelques éléments théoriques nécessaires à la compréhension de la méthode, nous tâchons de décrire la construction du schéma de façon assez simple, en illustrant la démarche par des expérimentations numériques. Les principaux avantages de la solution proposée sont les suivants : une grande facilité de mise en oeuvre, la possibilité de l'appliquer à de nombreuses discrétisations (triangulaire, quadrangulaire, tétrahèdrique, etc. ) et le large éventail de problèmes pouvant être traités (mécanique des fluides, magnéto-hydrodynamique, équations de Saint-Venant,. . . ). Les résultats numériques proposés ici peuvent être groupés en deux types. Tout d'abord, les résultats sur des problèmes scalaires permettent de valider le gain de précision apportée par la méthode (jusqu'à l'odre 4) et son bon comportement sur des maillages hybrides. Ensuite, nous nous intéresserons à la mécanique des fluides (équations d'Euler et de Navier-Stokes). En particulier, nous proposons des résultats sur le cas-test cylindre-jupe à Mach 5, où nous confrontons nos résultats avec des solutions mises à disposition par ONERA.
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Foerster, Evelyne. "Évaluation des Méthodes Meshfree pour les Simulations Géomécaniques en Transformations Finies." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00649662.
Full textAbstract:
Ce travail propose tout d'abord une synthèse des principales méthodes sans maillage (i.e. meshfree) existant actuellement (DEM, EFGM, h-p Clouds, SPH, RKPM, RKI, MLS/RK, PIM, RPIM, MLS/RBF, etc.), en fournissant une écriture commune à toutes les méthodes et en mettant ainsi directement en évidence les spécificités de chacune vis-à-vis de la construction des fonctions de forme. Plusieurs techniques spécifiques à la mise en œuvre numérique des méthodes meshfree sont également présentées et discutées. Les performances des différentes méthodes et techniques sont enfin comparées pour des tests mécaniques standards. Ce travail présente par ailleurs le modèle dynamique non linéaire utilisé pour modéliser les milieux poreux saturés en transformations finies, ainsi que les approches classiques pour établir la loi de comportement de la phase solide. Ce modèle est évalué sur diverses applications géomécaniques, en comparant les résultats obtenus pour différentes méthodes avec et sans maillage.
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Laurent, Jean-Baptiste. "Raffinements locaux auto-adaptatifs dans une méthode Galerkin discontinu pour la résolution des équations de Maxwell." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2012/.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous étudions différents points nécessaires afin de pouvoir proposer une stratégie d'adaptation dynamique de maillage pour la résolution numérique des équations de Maxwell instationnaires par une méthode Galerkin discontinu. Après avoir mis en évidence numériquement la création d'une instabilité par l'action du changement d'espace d'approximation au cours du calcul liée au choix de l'opérateur utilisé pour effectuer l'interpolation entre deux espaces successifs, nous explicitons ce phénomène dans le cas 1D. Un nouvel opérateur d'interpolation est alors proposé, puis validé numériquement, pour lequel nous démontrons qu'il permet de retrouver asymptotiquement consistance et stabilité pour le schéma. L'extension de l'ensemble de ces résultats au cas 3D est réalisée. La deuxième partie de ce travail s'intéresse à la prise en compte dans le schéma Galerkin discontinu de non-conformités de maillages (au sens des éléments finis) et/ou d'ordres variables. Afin d'éviter d'éventuelles ondes parasites pouvant être générées dans ce cas, nous cherchons à retrouver une résolution dans un espace d'approximation conforme. Ceci est effectué en définissant un opérateur de correction permettant alors de conserver les avantages liés à la construction du schéma sur l'espace non-conforme. Cet opérateur est explicité dans le cas Maxwell 2D Transverse Magnétique. Enfin, dans la dernière partie, nous mettons en œuvre et analysons une stratégie de raffinements auto-adaptative dans le cas 1D afin d'essayer d'en tirer des considérations pratiques pour envisager le passage au 3D<br>This thesis is devoted to study some keypoints in order to propose a self-adaptive refinement method for the numerical resolution of time-domain Maxwell's equations with a discontinuous Galerkin scheme. We first put into light numerically an instability phenomenon due to the interpolation operator taking account for the modification of the approximation space from one step to another. This is explained in the 1D case. Then, a new operator is proposed and shown to retrieve asymptotically consistency and stability for the scheme. This has thus been extended to the 3D case. Second part of this work deals with non-conformity on mesh (in the finite element sense) or non-uniform polynomial order applied to the discontinuous Galerkin scheme. To avoid spurious waves that can be excited in such case, we aim at recover the solution from a conformal space. This is done by creating a cleaning operator that allows us to keep the benefits of our original scheme. Explicitation of this operator is given on the 2D Transverse Magnetic Maxwell's equations. Finally, the last part implements and analyses a self-adaptive refinement strategy in the 1D case, to draw conclusions in the future 3D application
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Vu, Do Huy Cuong. "Méthodes numériques pour les écoulements et le transport en milieu poreux." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112348/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation de l’écoulement et du transport en milieu poreux ;nous effectuons des simulations numériques et démontrons des résultats de convergence d’algorithmes.Au Chapitre 1, nous appliquons des méthodes de volumes finis pour la simulation d’écoulements à densité variable en milieu poreux ; il vient à résoudre une équation de convection diffusion parabolique pour la concentration couplée à une équation elliptique en pression.Nous nous appuyons sur la méthode des volumes finis standard pour le calcul des solutions de deux problèmes spécifiques : une interface en rotation entre eau salée et eau douce et le problème de Henry. Nous appliquons ensuite la méthode de volumes finis généralisés SUSHI pour la simulation des mêmes problèmes ainsi que celle d’un problème de bassin salé en dimension trois d’espace. Nous nous appuyons sur des maillages adaptatifs, basés sur des éléments de volume carrés ou cubiques.Au Chapitre 2, nous nous appuyons de nouveau sur la méthode de volumes finis généralisés SUSHI pour la discrétisation de l’équation de Richards, une équation elliptique parabolique pour le calcul d’écoulements en milieu poreux. Le terme de diffusion peut être anisotrope et hétérogène. Cette classe de méthodes localement conservatrices s’applique àune grande variété de mailles polyédriques non structurées qui peuvent ne pas se raccorder.La discrétisation en temps est totalement implicite. Nous obtenons un résultat de convergence basé sur des estimations a priori et sur l’application du théorème de compacité de Fréchet-Kolmogorov. Nous présentons aussi des tests numériques.Au Chapitre 3, nous discrétisons le problème de Signorini par un schéma de type gradient,qui s’écrit à l’aide d’une formulation variationnelle discrète et est basé sur des approximations indépendantes des fonctions et des gradients. On montre l’existence et l’unicité de la solution discrète ainsi que sa convergence vers la solution faible du problème continu. Nous présentons ensuite un schéma numérique basé sur la méthode SUSHI.Au Chapitre 4, nous appliquons un schéma semi-implicite en temps combiné avec la méthode SUSHI pour la résolution numérique d’un problème d’écoulements à densité variable ;il s’agit de résoudre des équations paraboliques de convection-diffusion pour la densité de soluté et le transport de la température ainsi que pour la pression. Nous simulons l’avance d’un front d’eau douce assez chaude et le transport de chaleur dans un aquifère captif qui est initialement chargé d’eau froide salée. Nous utilisons des maillages adaptatifs, basés sur des éléments de volume carrés<br>This thesis bears on the modelling of groundwater flow and transport in porous media; we perform numerical simulations by means of finite volume methods and prove convergence results. In Chapter 1, we first apply a semi-implicit standard finite volume method and then the generalized finite volume method SUSHI for the numerical simulation of density driven flows in porous media; we solve a nonlinear convection-diffusion parabolic equation for the concentration coupled with an elliptic equation for the pressure. We apply the standard finite volume method to compute the solutions of a problem involving a rotating interface between salt and fresh water and of Henry's problem. We then apply the SUSHI scheme to the same problems as well as to a three dimensional saltpool problem. We use adaptive meshes, based upon square volume elements in space dimension two and cubic volume elements in space dimension three. In Chapter 2, we apply the generalized finite volume method SUSHI to the discretization of Richards equation, an elliptic-parabolic equation modeling groundwater flow, where the diffusion term can be anisotropic and heterogeneous. This class of locally conservative methods can be applied to a wide range of unstructured possibly non-matching polyhedral meshes in arbitrary space dimension. As is needed for Richards equation, the time discretization is fully implicit. We obtain a convergence result based upon a priori estimates and the application of the Fréchet-Kolmogorov compactness theorem. We implement the scheme and present numerical tests. In Chapter 3, we study a gradient scheme for the Signorini problem. Gradient schemes are nonconforming methods written in discrete variational formulation which are based on independent approximations of the functions and the gradients. We prove the existence and uniqueness of the discrete solution as well as its convergence to the weak solution of the Signorini problem. Finally we introduce a numerical scheme based upon the SUSHI discretization and present numerical results. In Chapter 4, we apply a semi-implicit scheme in time together with a generalized finite volume method for the numerical solution of density driven flows in porous media; it comes to solve nonlinear convection-diffusion parabolic equations for the solute and temperature transport as well as for the pressure. We compute the solutions for a specific problem which describes the advance of a warm fresh water front coupled to heat transfer in a confined aquifer which is initially charged with cold salt water. We use adaptive meshes, based upon square volume elements in space dimension two
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Gobé, Alexis. "Méthodes Galerkin discontinues pour la simulation de problèmes multiéchelles en nanophotonique et applications au piégeage de la lumière dans des cellules solaires." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4011.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse est l’étude numérique du piégeage de la lumière dans des cellules solaires nanostructurées. Le changement climatique est devenu une problématique majeure nécessitant une transition énergétique à court terme. Dans ce contexte, l'énergie solaire semble être une source énergétique idéale. Cette ressource est à la fois scalable à l’échelle planétaire et écologique. Afin de maximiser sa pénétration, des travaux visant à augmenter la quantité de lumière absorbée et à réduire les coûts liés à la conception des cellules sont nécessaires. Le piégeage de la lumière est une stratégie qui permet d’atteindre ces deux objectifs. Son principe consiste à utiliser des texturations nanométriques afin de focaliser la lumière dans les couches de semi-conducteur absorbantes. Dans ce travail, la méthode de Galerkine Discontinue en Domaine Temporel (DGTD) est introduite. Deux développements méthodologiques majeurs, permettant de mieux prendre en compte les caractéristiques des cellules solaires, sont présentés. Tout d'abord, l’utilisation d’un ordre d’approximation local est proposé , basé sur une stratégie de répartition particulière de l’ordre. Le deuxième développement est l’utilisation de maillage hybride mixant ses élements hexahédriques structurés et tétrahédriques non structurés. Des cas réalistes de cellules solaires issus de la littérature et de collaborations avec des physiciens du domaine du photovoltaïque permettent d'illustrer l' apport de ces développements. Un cas d’optimisation inverse de réseau de diffraction dans une cellule solaire est également présenté en couplant le solveur numérique avec un algorithme d’optimisation bayésienne. De plus, une étude approfondie des performances du solveur a également été réalisée avec des modifications méthodologiques pour contrer les problèmes de répartition de charge. Enfin, une méthode plus prospective, la méthode Multiéchelle Hybride-Mixte (MHM) spécialisée dans la résolution de problème très fortement multiéchelle est introduite. Un schéma en temps multiéchelle est présenté et sa stabilité prouvée<br>The objective of this thesis is the numerical study of light trapping in nanostructured solar cells. Climate change has become a major issue requiring a short-term energy transition. In this context, solar energy seems to be an ideal energy source. This resource is both globally scalable and environmentally friendly. In order to maximize its penetration, it is needed to increase the amount of light absorbed and reduce the costs associated with cell design. Light trapping is a strategy that achieves both of these objectives. The principle is to use nanometric textures to focus the light in the absorbing semiconductor layers. In this work, the Discontinuous Galerkin Time-Domain (DGTD) method is introduced. Two major methodological developments are presented, allowing to better take into account the characteristics of solar cells. First, the use of a local approximation order is proposed, based on a particular order distribution strategy. The second development is the use of hybrid meshes mixing structured hexahedral and unstructured tetrahedral elements. Realistic cases of solar cells from the literature and collaborations with physicists in the field of photovoltaics illustrate the contribution of these developments. A case of inverse optimization of a diffraction grating in a solar cell is also presented by coupling the numerical solver with a Bayesian optimization algorithm. In addition, an in-depth study of the solver's performance has also been carried out with methodological modifications to counter load balancing problems. Finally, a more prospective method, the Multiscale Hybrid-Mixed method (MHM) specialized in solving very highly multiscale problems is introduced. A multiscale time scheme is presented and its stability is proven
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Langenais, Adrien. "Adaptation des méthodes et outils aéroacoustiques pour les jets en interaction dans le cadre des lanceurs spatiaux." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEC003/document.
Full textAbstract:
Lors d’un lancement spatial, le bruit des jets supersoniques chauds, générés par les moteurs-fusées au décollage et en interaction avec le pas de tir, est dommageable pour le lanceur et en particulier sa charge utile. Par conséquent, les acteurs du spatial cherchent à renforcer leur compréhension et leur maîtrise de cette ambiance acoustique, entre autres grâce à des méthodes et outils numériques. Toutefois, ils ne disposent pas d’une approche numérique globale capable de prendre en compte simultanément la génération fidèle du bruit, la propagation acoustique non-linéaire, les effets d’installation complexes et les géométries réalistes, pourtant inhérents aux applications spatiales. Dans cette optique, cette étude consiste à mettre en place et valider une méthodologie de simulation numérique par couplage fort Navier-Stokes − Euler, puis à l’appliquer à des cas réalistes de bruit de jet supersonique. L’objectif est d’affiner les capacités de prévision et de contribuer à la compréhension des mécanismes de génération de bruit dans de tels jets. Le solveur Navier-Stokes repose sur une méthode LES sur maillage non-structuré et le solveur acoustique sur une méthode de Galerkine discontinue d’ordre élevé sur maillage non-structuré. La méthodologie est tout d’abord évaluée sur des cas académiques visant à valider la simulation par couplage fort. Après des calculs préliminaires, la méthodologie est appliquée à la simulation du bruit d’un jet libre supersonique à Mach 3.1. Une méthode de déclenchement géométrique de la turbulence est implémentée sous la forme d’une marche à la paroi de la tuyère. La simulation aboutit à des estimations du bruit très proches des mesures réalisées au banc MARTEL et met en évidence des effets non-linéaires significatifs ainsi qu’un mécanisme singulier de rayonnement des ondes de Mach. Dans une démarche de progression vers des cas toujours plus réalistes, l’ensemble de l’approche numérique est finalement adaptée avec succès à la simulation du bruit d’un jet en présence d’un carneau. À terme, elle pourra être étendue à des configurations multi-jets réactifs, avec injection d’eau, voire à l’échelle 1<br>During a space launch, the noise from hot supersonic jets, generated by rocket engines at liftoff and interacting with the launch pad, is harmful to the launcher and in particular its payload. Consequently, space actors are seeking to strengthen their understanding and control of this acoustic environment through numerical methods and tools, among the others. However, they do not dispose of a comprehensive numerical strategy that can simultaneously take into account accurate noise generation, nonlinear acoustic propagation, complex installation effects and realistic geometries, which are inherent to space applications. For this purpose, the present study consists in setting up and validating a numerical simulation methodology using a Navier-Stokes − Euler two-way coupling approach, then applying it to realistic cases of supersonic jet noise in order to improve prediction capabilities and contribute to the understanding of the noise generation mechanisms in such jets. The Navier-Stokes solver is based on an LES method on unstructured mesh and the acoustic solver on a high-order discontinuous Galerkin method on unstructured mesh. The methodology is first assessed on academic cases to validate the use of the two-way coupling. After preliminary computations, the methodology is applied to the simulation of the noise from a supersonic free jet at Mach 3.1. A geometric turbulence tripping method is implemented via a step at the nozzle wall. The computation leads to noise predictions very close to the experimental measurements performed at the MARTEL test bench and highlights significant nonlinear effects as well as a quite particular Mach waves radiation mechanism. Targeting even more realistic cases, the entire numerical approach is finally successfully adapted to the simulation of the noise from a supersonic jet configuration including a flame trench. In the future, it may be extended to configurations with clustered reactive jets, water injection devices or even at full scale
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Hamiaz, Adnane. "Étude d'une méthode volumes finis pour la résolution d'un modèle non linéaire d'un couplage Maxwell/plasma dans le domaine temporel." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1711/.
Full textAbstract:
Cette thèse présente l'étude d'une méthode numérique efficace pour résoudre les équations de Maxwell couplées à un modèle de plasma fluide. Le travail est organisé en cinq chapitres dans lesquels nous présentons la formulation du modèle physique, l'étude mathématique pour démontrer l'existence et l'unicité d'une solution, l'approximation numérique du problème, des résultats de validation et enfin, dans un cas simplifié, la mise en œuvre et l'étude numérique d'une stratégie de maillage auto-adaptatif en 1D. Dans ces travaux de recherche, nous nous sommes plus focalisés sur le choix d'une approximation numérique qui soit la plus performante pour résoudre notre problème couplé. En particulier, après avoir donné une approximation différences finies actuellement utilisée en 2D dans ce contexte, nous avons proposé une solution parallèle d'un outil FDTD et traité en 3D un couplage micro-onde/plasma en espace libre. Ensuite, dans le cas de problèmes de blindage, nous avons mis en avant les inconvénients de la méthode FDTD et proposé une approche basée sur un schéma volumes finis qui offre les avantages du raffinement local. Pour améliorer cette méthode, nous avons mis en œuvre une stratégie de pas de temps local et montré les gains obtenus dans le cas de plasma confinés<br>This thesis presents the study of an efficient numerical method to solve the Maxwell equations coupled with a fluid plasma model. The document is split into five chapters where we introduce the formulation of the physical model, a mathematical study to demonstrate the existence and uniqueness of a solution for the problem, numerical approximations of the equations, simulations and validations on 3D and 2D examples and a prospective work on a finite volume method with adaptative mesh for the 1D case. The accent is continuously put on the choice of the most efficient numerical approximation to solve the coupled problem. In this work, we exhibit the drawbacks of the finite difference method usually employed in this context. To overcome these drawbacks, we propose a method based upon a finite volume scheme which allows the capability to use local refinements. Then, to increase the gain in time CPU and memory storage, we introduce a local time-stepping scheme
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Desobry, David. "Génération de maillages hexaédriques pour des simulations de grandes déformations." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0163.
Full textAbstract:
Cette thèse se concentre sur le développement de méthodes de maillage hexaédrique adaptées aux simulations de grandes déformations en mécanique non-linéaire. Les méthodes de paramétrisation du domaine basées sur les champs de repère sont utilisées pour générer des maillages hexaédriques de haute qualité alignés sur les bords du domaine. Cependant, lors de grandes déformations, la qualité du maillage peut se dégrader et potentiellement bloquer la simulation. Cette thèse explore l'idée de déterminer une connectivité optimale pour les éléments du maillage en tenant compte des déformations prévues. En 2D, un pipeline complet est développé pour réaliser ce défi en combinant des travaux antérieurs et des contributions scientifiques. En 3D, des contributions sont apportées pour se rapprocher de cet objectif, notamment en contrôlant les valences de bord des maillages hexaédriques produits à partir de champs de repère. Les différentes parties de la thèse abordent les étapes de la simulation numérique de grandes déformations, les avantages des méthodes de paramétrisation globale, les résultats de simulations sur des maillages industriels 2D, ainsi que des contributions pour améliorer la flexibilité et la robustesse du processus de maillage hexaédrique. L'objectif final est de réduire le temps passé par les ingénieurs à générer un maillage adéquat pour une simulation en prenant en compte des informations a priori sur la déformation à laquelle le maillage et l'objet seront soumis<br>This thesis focuses on the development of hexahedral meshing methods suitable for large deformation simulations in non-linear mechanics. Domain parameterization methods based on frame fields are used to generate high-quality hexahedral meshes aligned with the domain boundaries. However, during large deformations, the mesh quality may degrade and potentially block the simulation. This thesis explores the idea of determining an optimal connectivity for the mesh elements while taking into account the anticipated deformations.In 2D, a complete pipeline is developed to tackle this challenge by combining previous work and scientific contributions. In 3D, contributions are made to approach this objective, particularly by controlling the boundary valences of hexahedral meshes produced from frame fields. The different parts of the thesis address the steps of large deformation numerical simulations, the advantages of global parameterization methods, the results of simulations on industrial 2D meshes, and contributions to improving the flexibility and robustness of the hexahedral meshing process.The ultimate goal is to reduce the time spent by engineers in generating an adequate mesh for a simulation by considering a priori information on the deformation to which the mesh and the object will be subjected
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Cheaytou, Rima. "Etude des méthodes de pénalité-projection vectorielle pour les équations de Navier-Stokes avec conditions aux limites ouvertes." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4715.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse consiste à étudier la méthode de pénalité-projection vectorielle notée VPP (Vector Penalty-Projection method), qui est une méthode à pas fractionnaire pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressible avec conditions aux limites ouvertes. Nous présentons une revue bibliographique des méthodes de projection traitant le couplage de vitesse et de pression. Nous nous intéressons dans un premier temps aux conditions de Dirichlet sur toute la frontière. Les tests numériques montrent une convergence d'ordre deux en temps pour la vitesse et la pression et prouvent que la méthode est rapide et peu coûteuse en terme de nombre d'itérations par pas de temps. En outre, nous établissons des estimations d'erreurs de la vitesse et de la pression et les essais numériques révèlent une parfaite concordance avec les résultats théoriques. En revanche, la contrainte d'incompressibilité n'est pas exactement nulle et converge avec un ordre de O(varepsilondelta t) où varepsilon est un paramètre de pénalité choisi assez petit et delta t le pas temps. Dans un second temps, la thèse traite les conditions aux limites ouvertes naturelles. Trois types de conditions de sortie sont étudiés et testés numériquement pour l'étape de projection. Nous effectuons des comparaisons quantitatives des résultats avec d'autres méthodes de projection. Les essais numériques sont en concordance avec les estimations théoriques également établies. Le dernier chapitre est consacré à l'étude numérique du schéma VPP en présence d'une condition aux limites ouvertes non-linéaire sur une frontière artificielle modélisant une charge singulière pour le problème de Navier-Stokes<br>Motivated by solving the incompressible Navier-Stokes equations with open boundary conditions, this thesis studies the Vector Penalty-Projection method denoted VPP, which is a splitting method in time. We first present a literature review of the projection methods addressing the issue of the velocity-pressure coupling in the incompressible Navier-Stokes system. First, we focus on the case of Dirichlet conditions on the entire boundary. The numerical tests show a second-order convergence in time for both the velocity and the pressure. They also show that the VPP method is fast and cheap in terms of number of iterations at each time step. In addition, we established for the Stokes problem optimal error estimates for the velocity and pressure and the numerical experiments are in perfect agreement with the theoretical results. However, the incompressibility constraint is not exactly equal to zero and it scales as O(varepsilondelta t) where $varepsilon$ is a penalty parameter chosen small enough and delta t is the time step. Moreover, we deal with the natural outflow boundary condition. Three types of outflow boundary conditions are presented and numerically tested for the projection step. We perform quantitative comparisons of the results with those obtained by other methods in the literature. Besides, a theoretical study of the VPP method with outflow boundary conditions is stated and the numerical tests prove to be in good agreement with the theoretical results. In the last chapter, we focus on the numerical study of the VPP scheme with a nonlinear open artificial boundary condition modelling a singular load for the unsteady incompressible Navier-Stokes problem
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Duran, Arnaud. "Numerical simulation of depth-averaged flows models : a class of Finite Volume and discontinuous Galerkin approaches." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20066/document.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré au développement de schémas numériques pour approcher les solutions de modèles d'écoulement type “depth averaged”. Dans un premier temps, nous détaillons la construction d'approches Volumes Finis pour le système Shallow Water avec termes sources sur maillages non structurés. En se basant sur une reformulation appropriée des équations, nous mettons en place un schéma équilibré et préservant la positivité de la hauteur d'eau, et suggérons des extensions MUSCL adaptées. La méthode est capable de gérer des topographies irrégulières et exhibe de fortes propriétés de stabilité. L'inclusion des termes de friction fait l'objet d'une analyse poussée, aboutissant à l'établissement d'une propriété type “Asymptotic Preserving” à travers l'amélioration d'un autre récent schéma Volumes Finis. La seconde composante de cette étude concerne les méthodes Elements Finis type Galerkin discontinu. Certaines des idées avancées dans le contexte Volumes Finis sont employées pour aborder le système Shallow Water surmaillages triangulaires. Des résultats numériques sont exposés et la méthode se révèle bien adaptée à la description d'une large variété d'écoulements. Partant de ces observations nous proposons finalement d'exploiter ces caractéristiques pour étendre l'approche à une nouvelle famille d'équations type Green-Nadghi. Des validations numériques sont également proposées pour valider le modèle numérique<br>This work is devoted to the development of numerical schemes to approximatesolutions of depth averaged flow models. We first detail the construction of Finite Volume approaches for the Shallow Water system with source terms on unstructured meshes. Based on a suitable reformulation of the equations, we implement a well-balanced and positive preserving approach, and suggest adapted MUSCL extensions. The method is shown to handle irregular topography variations and demonstrates strong stabilities properties. The inclusion of friction terms is subject to a thorough analysis, leading to the establishment of some Asymptotic Preserving property through the enhancement of another recent Finite Volume scheme.The second aspect of this study concerns discontinuous Galerkin Finite Elementmethods. Some of the ideas advanced in the Finite Volume context areemployed to broach the Shallow Water system on triangular meshes. Numericalresults are exposed and the method turns out to be well suited to describe a large variety of flows. On these observations we finally propose to exploit its features to extend the approach to a new family of Green-Nadghi equations. Numerical experiments are also proposed to validate this numerical model
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Layouni, Siham. "Etude d'une méthode de volumes finis pour la résolution des équations de Maxwell en deux dimensions d'espace sur des maillages quelconques et couplage avec l'équation de Vlasov." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/562/.
Full textAbstract:
Nous développons et étudions une méthode de volumes finis pour résoudre le système de Maxwell instationnaire bidimensionnel sur des maillages presque quelconques (non-conformes, non-convexes, aplatis. . ). Nous commençons par la construction du schéma, qui est basé sur l'utilisation des opérateurs discrets de la méthode DDFV et sur un choix pertinent pour la discrétisation des conditions initiales et des conditions aux limites. Ensuite, nous prouvons que ce schéma préserve localement la condition de divergence, que l'énergie électromagnétique discrète est conservée ou décroissante (selon les conditions aux limites) et qu'elle est positive sous condition CFL. Nous montrons aussi la stabilité du schéma sous condition CFL et sa convergence dans les cas de champs réguliers et non réguliers. Ces résultats sont ensuite validés, numériquement avec quelques cas tests sur différents types de maillages. Nous vérifions aussi que l'utilisation des maillages non conformes n'amplifie pas les réflexions parasites. Enfin nous couplons ce schéma avec une méthode PIC pour résoudre le système de Maxwell-Vlasov. Nous calculons la densité de courant avec une généralisation de la méthode de Buneman à des maillages quelconques et nous montrons la conservation des équations de charge discrètes, ce qui permet de conserver la loi de Gauss. Le problème couplé est validé numériquement et la simulation de l'amortissement Landau confirme la décroissance de l'énergie, portée par le champ électrique, avec une précision dépendant du nombre de particules par maille<br>We develop and study a finite volume method to solve the bidimensional nonstationary Maxwell equations on arbitrary (non-conforming, non-convex, flat. . . ) meshes. We start by the construction of the scheme, which is based on the use of the DDFV discrete operators and a pertinent choice to discretize initial and boundary conditions. Then, we prove that the scheme locally preserves the divergence condition, that a discrete electromagnetic energy is conserved or decreasing (depending on boundary conditions) and that it is positive under a CFL condition. We also show the stability of the scheme under a CFL condition and its convergence for regular and non-regular fields. Then, these results are numerically validated with some tests using different types of meshes. We verify, also, that the use of non-conforming meshes doesn't amplify parasitic reflections. Finally, we coupled the scheme with a PIC method to solve the Maxwell-Vlasov system. We calculate the current density using a generalization of Buneman's method to arbitrary meshes and we prove that discrete charge equations, and thus Gauss' law, are conserved. The coupled problem is numerically validated and the simulation of Landau damping confirms the electric energy decrease with a precision depending on the number of particles per cell
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Clément, Jean-Baptiste. "Simulation numérique des écoulements en milieu poreux non-saturés par une méthode de Galerkine discontinue adaptative : application aux plages sableuses." Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2021. http://www.theses.fr/2021TOUL0022.
Full textAbstract:
Les écoulements en milieux poreux non-saturés sont modélisés par l'équation de Richards qui est une équation non-linéaire parabolique dégénérée. Ses limites et les défis que soulèvent sa résolution numérique sont présentés. L'obtention de résultats robustes, précis et efficaces est difficile en particulier à cause des fronts de saturation raides et dynamiques induits par les propriétés hydrauliques non-linéaires. L'équation de Richards est discrétisée par une méthode de Galerkine discontinue en espace et des formules de différentiation rétrograde en temps. Le schéma numérique résultant est conservatif, d'ordre élevé et très flexible. Ainsi, des conditions aux limites complexes sont facilement intégrées comme la condition de suintement ou un forçage dynamique. De plus, une stratégie adaptative est proposée. Un pas de temps adaptatif rend la convergence non-linéaire robuste et un raffinement de maillage adaptatif basée sur des blocs est utilisée pour atteindre la précision requise efficacement. Un indicateur d'erreur a posteriori approprié aide le maillage à capturer les fronts de saturation raides qui sont également mieux approximés par une discontinuité introduite dans la solution grâce à une méthode de Galerkine discontinue pondérée. L'approche est validée par divers cas-tests et un benchmark 2D. Les simulations numériques sont comparées à des expériences de laboratoire de recharge/drainage de nappe et une expérience à grande échelle d'humidification, suite à la mise en eau du barrage multi-matériaux de La Verne. Ce cas exigeant montre les potentialités de la stratégie développée dans cette thèse. Enfin, des applications sont menées pour simuler les écoulements souterrains sous la zone de jet de rive de plages sableuses en comparaison avec des observations expérimentales<br>Flows in unsaturated porous media are modelled by the Richards' equation which is a degenerate parabolic nonlinear equation. Its limitations and the challenges raised by its numerical solution are laid out. Getting robust, accurate and cost-effective results is difficult in particular because of moving sharp wetting fronts due to the nonlinear hydraulic properties. Richards' equation is discretized by a discontinuous Galerkin method in space and backward differentiation formulas in time. The resulting numerical scheme is conservative, high-order and very flexible. Thereby, complex boundary conditions are included easily such as seepage condition or dynamic forcing. Moreover, an adaptive strategy is proposed. Adaptive time stepping makes nonlinear convergence robust and a block-based adaptive mesh refinement is used to reach required accuracy cost-effectively. A suitable a posteriori error indicator helps the mesh to capture sharp wetting fronts which are also better approximated by a discontinuity introduced in the solution thanks to a weighted discontinuous Galerkin method. The approach is checked through various test-cases and a 2D benchmark. Numerical simulations are compared with laboratory experiments of water table recharge/drainage and a largescale experiment of wetting, following reservoir impoundment of the multi-materials La Verne dam. This demanding case shows the potentiality of the strategy developed in this thesis. Finally, applications are handled to simulate groundwater flows under the swash zone of sandy beaches in comparison with experimental observations
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Durochat, Clément. "Méthode de type Galerkin discontinu en maillages multi-éléments (et non-conformes) pour la résolution numérique des équations de Maxwell instationnaires." Thesis, Nice, 2013. http://www.theses.fr/2013NICE4005.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l’étude d’une méthode de type Galerkin discontinu en domaine temporel (GDDT), afin de résoudre numériquement les équations de Maxwell instationnaires sur des maillages hybrides tétraédriques/hexaédriques en 3D (triangulaires/quadrangulaires en 2D) et non-conformes, que l’on note méthode GDDT-PpQk. Comme dans différents travaux déjà réalisés sur plusieurs méthodes hybrides (par exemple des combinaisons entre des méthodes Volumes Finis et Différences Finies, Éléments Finis et Différences Finies, etc.), notre objectif principal est de mailler des objets ayant une géométrie complexe à l’aide de tétraèdres, pour obtenir une précision optimale, et de mailler le reste du domaine (le vide environnant) à l’aide d’hexaèdres impliquant un gain en terme de mémoire et de temps de calcul. Dans la méthode GDDT considérée, nous utilisons des schémas de discrétisation spatiale basés sur une interpolation polynomiale nodale, d’ordre arbitraire, pour approximer le champ électromagnétique. Nous utilisons un flux centré pour approcher les intégrales de surface et un schéma d’intégration en temps de type saute-mouton d’ordre deux ou d’ordre quatre. Après avoir introduit le contexte historique et physique des équations de Maxwell, nous présentons les étapes détaillées de la méthode GDDT-PpQk. Nous réalisons ensuite une analyse de stabilité L2 théorique, en montrant que cette méthode conserve une énergie discrète et en exhibant une condition suffisante de stabilité de type CFL sur le pas de temps, ainsi que l’analyse de convergence en h (théorique également), conduisant à un estimateur d’erreur a-priori. Ensuite, nous menons une étude numérique complète en 2D (ondes TMz), pour différents cas tests, des maillages hybrides et non-conformes, et pour des milieux de propagation homogènes ou hétérogènes. Nous faisons enfin de même pour la mise en oeuvre en 3D, avec des simulations réalistes, comme par exemple la propagation d’une onde électromagnétique dans un modèle hétérogène de tête humaine. Nous montrons alors la cohérence entre les résultats mathématiques et numériques de cette méthode GDDT-PpQk, ainsi que ses apports en termes de précision et de temps de calcul<br>This thesis is concerned with the study of a Discontinuous Galerkin Time-Domain method (DGTD), for the numerical resolution of the unsteady Maxwell equations on hybrid tetrahedral/hexahedral in 3D (triangular/quadrangular in 2D) and non-conforming meshes, denoted by DGTD-PpQk method. Like in several studies on various hybrid time domain methods (such as a combination of Finite Volume with Finite Difference methods, or Finite Element with Finite Difference, etc.), our general objective is to mesh objects with complex geometry by tetrahedra for high precision and mesh the surrounding space by square elements for simplicity and speed. In the discretization scheme of the DGTD method considered here, the electromagnetic field components are approximated by a high order nodal polynomial, using a centered approximation for the surface integrals. Time integration of the associated semi-discrete equations is achieved by a second or fourth order Leap-Frog scheme. After introducing the historical and physical context of Maxwell equations, we present the details of the DGTD-PpQk method. We prove the L2 stability of this method by establishing the conservation of a discrete analog of the electromagnetic energy and a sufficient CFL-like stability condition is exhibited. The theoritical convergence of the scheme is also studied, this leads to a-priori error estimate that takes into account the hybrid nature of the mesh. Afterward, we perform a complete numerical study in 2D (TMz waves), for several test problems, on hybrid and non-conforming meshes, and for homogeneous or heterogeneous media. We do the same for the 3D implementation, with more realistic simulations, for example the propagation in a heterogeneous human head model. We show the consistency between the mathematical and numerical results of this DGTD-PpQk method, and its contribution in terms of accuracy and CPU time
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Dugois, Kévin. "Simulation à l’échelle microscopique et analyse macroscopique de l’imprégnation d’un matériau composite par un fluide chargé en particules." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0011/document.
Full textAbstract:
Dans le but d’améliorer le comportement thermo-mécanique des aubes de turbine présentes dans les moteurs d’avion développés par SAFRAN, il est nécessaire de mettre au point un nouveau matériau composite. Le procédé de fabrication de ce matériau est complexe et requiert une densification par voie liquide divisée en deux étapes. Cette thèse s’intéresse à la modélisation numérique de la première étape appelée Slurry Cast/APS.Celle-ci consiste en l’injection et le confinement, dans la préforme fibreuse, de particules préalablement mises en suspension. Pour cela, nous avons développé à l’échelle des fibres,un modèle qui utilise les équations de Navier-Stokes incompressibles et monophasiques ,l’équation de Phillips [Phillips et al., 1992] et une loi rhéologique [Krieger, 1972]. Après validation des résultats numériques par comparaison avec des résultats expérimentaux [Hampton et al., 1997] et théoriques [Belfort et al., 1994], le modèle est utilisé pour simuler l’écoulement autour de géométries de tissage proches du matériau étudié<br>In order to improve thermo-mechanical behavior of tubine blades in SAFRAN engines plane, a new composite material is necessary. The manufacturing process to obtain this composite is intricate and requires a two steps fluid densification process. This thesis focuses on numerical simulation of the first one called Slurry Cats/APS. In this step, suspended particles are introducted and captured in the reinforcement. For that purpose,we carry out a model at fiber scale, using Navier-Stokes equations in incompressible and monophasic formulation, Phillips equations [Phillips et al., 1992] and a rheological law [Krieger, 1972]. After validation step consisting in a comparison of computational results with experiments [Hampton et al., 1997] and theorical law [Belfort et al., 1994], this model has been used to simulate flow around geometries similar to those encountered in our composite material
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Moussaed, Carine. "Modèles variationnels dynamique et hybride pour la simulation numérique d'écoulements turbulents." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20130/document.
Full textAbstract:
Ce travail est une contribution à la simulation numérique d'écoulements turbulents dans un but d'application industrielle. Nous nous intéressons dans un premier temps à une nouvelle combinaison "VMS-LES/procédure dynamique" pour la simulation d'écoulements autour de cylindres circulaire et carré. L'approche VMS-LES mise en œuvre a pour originalité d'utiliser une procédure de moyennage sur des volumes finis agglomérés dans le but de séparer les échelles, l'approche dynamique étant celle introduite par Germano en LES. Une approche hybride RANS/VMS-LES est ensuite évaluée sur le problème du cylindre circulaire à des nombres de Reynolds élevés. Cette approche introduit un paramètre d'hybridation qui selon la résolution locale de grille privilège le modèle RANS ou celui VMS-LES. Enfin, les performances d'un algorithme de Schwarz deux-niveau, qui utilise les méthodes de déflation et de balancing, sont examinées d'un point de vue efficacité et scalabilité dans le cas de simulations VMS-LES<br>This work is a contribution to the numerical simulation of turbulent flows with the aim of industrial application. At first, we focus on a new combination "VMS-LES/dynamic procedure" for the simulation of flows around circular and square cylinders. The VMS-LES approach adopted in this work is original in using an averaging procedure over agglomerated finite volumes in order to separate the scales, the dynamic approach being the one introduced by Germano in LES. A RANS/VMS-LES hybrid approach is then evaluated on the circular cylinder test case at high Reynolds numbers. This approach introduces a hybridization parameter which privileges the RANS model or the VMS-LES model according to the grid resolution. Finally, the performance of a two-level Schwarz algorithm, which uses the deflation and balancing methods, are examined in terms of efficiency and scalability in the context of VMS-LES simulations
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Dudouit, Yohann. "Spatio-temporal refinement using a discontinuous Galerkin approach for elastodynamic in a high performance computing framework." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0248/document.
Full textAbstract:
Cette thèse étudie le raffinement local de maillage à la fois en espace et en temps pour l’équation de l’elastodynamique du second ordre pour le calcul haute performance. L’objectif est de mettre en place des méthodes numériques pour traiter des hétérogénéités de petite taille ayant un impact important sur la propagation des ondes. Nous utilisons une approche par éléments finis de Galerkin discontinus avec pénalisation pour leur flexibilité et facilité de parallélisation. La formulation éléments finis que nous proposons a pour particularité d’être élasto-acoustique, pour pouvoir prendre en compte des hétérogénéités acoustiques de petite taille. Par ailleurs, nous proposons un terme de pénalisation optimisé qui est mieux adapté à l’équation de l’élastodynamique, conduisant en particulier à une meilleure condition CFL. Nous avons aussi amélioré une formulation PML du second ordre pour laquelle nous avons proposé une nouvelle discrétisation temporelle qui rend la formulation plus stable. En tirant parti de la p-adaptivité et des maillages non-conformes des méthodes de Galerkin discontinues combiné à une méthode de pas de temps local, nous avons grandement réduit le coût du raffinement local. Ces méthodes ont été implémentées en C++, en utilisant des techniques de template metaprogramming, au sein d’un code parallèle à mémoire distribuée (MPI) et partagée (OpenMP). Enfin, nous montrons le potentiel de notre approche sur des cas tests de validation et sur des cas plus réalistes avec des milieux présentant des hydrofractures<br>This thesis studies local mesh refinement both in time and space for the second order elastodynamic equation in a high performance computing context. The objective is to develop numerical methods to treat small heterogeneities that have global impact on wave propagation. We use an internal penalty discontinuous Galerkin finite element approach for its flexibity and parallelization capabilities. The elasto-acoustic finite element formulation we discuss is elasto-acoustic in order to handle local acoustic heterogeneities. We also propose an optimized penalty term more suited to the elastodynamic equation that results in better CFL condition. We improve a second order PML formulation with an original time discretization that results in a more stable formulation. Using the p-adaptivity and nonconforming mesh capabilities of discontinuous Galerkin methods combined with a local time stepping method, we greatly reduce the high computational cost of local refinements. These methods have been implemented in C++, using template metaprogramming, in a distributed memory (MPI) and shared memory (OpenMP) parallel code. Finally, we show the potential of our methods on validation test cases and on more realistic test cases with medium including hydrofractures