Academic literature on the topic 'Raid numérique'

Sous l’effet des sollicitations mécaniques répétées induites par les passages des trains, on observe l’apparition de fissures de fatigue de contact dans les rails. Une fois amorcées, celles-ci peuvent se propager et mener à la rupture du rail. Dans un contexte d’intensification du trafic, l’optimisation de la politique de maintenance devient stratégique pour les entreprises du transport ferroviaire. Dans ce contexte, un modèle 3D éléments finis du contact roue/rail en courbe a été développé pour reproduire les mécanismes d’amorçage des fissures "Head Check". Ce modèle permet de simuler la sollicitation répétée du contact roue/rail. Cette modélisation a permis d’analyser l’influence de la plasticité sur la distribution de la pression de contact et sur les champs mécaniques résiduels au sein du rail au cours du chargement cyclique. Il ainsi est montré que l’actualisation du contact au cours des chargements répétés est du premier ordre. Les résultats ont permis d’identifier des zones potentielles d’amorçage de fissures de Head Check correspondant à des points matériels sur lesquels la déformation plastique s’accumule de manière considérable. En effet, on observe une correspondance entre ces orientations « accommodées » de la déformation plastique principale et l’orientation des micro-fissures amorcées sur la surface des rails ayant cumulé un faible tonnage (0-10 MGT). Ceci conforte le fait que la méthode proposée est un outil prometteur pour la simulation 3D de la fatigue du contact roue-rail
As a result of repeated loading induced by train passages, rails are subjected to rolling contact fatigue cracks. Once initiated, cracks could propagate and lead to rail failure. In a context of increased traffic, maintenance policy optimization becomes strategic for railway companies. Thus to define an enhanced planning of maintenance, a better understanding of rail fatigue damage mechanisms is crucial. Under the circumstances, a 3D wheel-rail rolling contact finite element model has been developed in order to reproduce « Head Check » cracks initiation mechanisms. This model allows sequential repeated wheel-rail rolling contact loading. Thus this calculation procedure is used to analyze the influence of plasticity on contact pressure distribution and consequently on residual mechanical fields in the rail during cyclic loading. It is shown that contact conditions evolution during repeated loading must be considered in the first order. The results allowed the identification of potential Head Check cracks initiation zones that correspond to material points on which plastic deformation accumulates significantly. Indeed, there is a correspondence between the « accommodated » principal plastic strain directions and orientation of micro-cracks initiated on rails surface subjected to low cumulative tonnage (0-10MGT). This reinforces the fact that our proposed method is a promising tool for 3D wheel-rail rolling contact fatigue simulation

Ce travail porte sur les aspects numériques du couplage physico-chimique de l'atmosphère. Nous exposons certaines difficultés numériques qui apparaissent dans ce type de problèmes et les techniques utilisées
Une amélioration de la méthode parabolique par morceaux pour la résolution du problème d'advection est présentée. Dans le cas bidimensionnel nous développons une nouvelle méthode: la méthode biquadratique par morceaux, de type volumes-finis, vérifiant les contraintes de conservation de masse et de positivité
Afin d'évaluer l'impact de chaque terme du modèle, nous appliquons les techniques de contrôle optimal à l'étude de sensibilité. Dans le cas où les conditions de régularité nécessaire ne sont pas satisfaites une approximation de l'adjoint discret est présente. L’application à un problème d'optimisation permet de valider le gradient et d'anticiper les problèmes qui peuvent surgir dans le cadre de l'assimilation de données variationelles
L’application des techniques présentées ne peut se faire sans le recours aux techniques de calcul parallèles. Pour la parallélisassions de la partie advection, nous présentons et testons sur Cray t3d une technique hybride basée sur la structure du couplage et les techniques de décomposition de domaines. Quant à la partie cinétique chimique, d'abord nous utilisons une stratégie d'équilibre de charge, ensuite une décomposition en sous blocs de même vitesse est utilisée. Vu les performances de cette dernière, nous présentons une nouvelle façon de décomposition pour les équations différentielles ordinaires raides

Les instabilites de jets soumis a l'influence d'une rotation rapide et de gradients horizontaux de temperature, ont ete etudiees par simulations numeriques des equations de boussinesq non hydrostatiques. On a developpe un code de calcul base sur des methodes mixtes pseudo-spectrale/differences finies d'ordre eleve. Pour ces ecoulements, l'instabilite barocline et l'instabilite de kelvin-helmholtz sont susceptibles de se developper simultanement. Un des objectifs est de determiner l'influence des caracteristiques de l'ecoulement initial sur la selection de l'une ou l'autre de ces instabilites. Une etude detaillee de l'instabilite lineaire a ete menee en fonction des nombres de rossby r#o et froude f. Elle a permis d'identifier une valeur critique du parametre r#o/f. Celle-ci delimite deux regimes distincts qui sont decrits et analyses dans la phase developpee de l'instabilite. Pour des valeurs sur-critiques du parametre, l'instabilite est essentiellement d'origine inflexionnelle et les structures s'apparentent a une allee tourbillonnaire. Pour des valeurs sous-critiques, l'instabilite barocline est preponderante et conduit a la formation de cyclones bidimensionnels et de fronts cycloniques intenses. Une analyse des termes de production de vorticite verticale a montre que les mecanismes d'etirement sont responsables de la dissymetrie du champ de vorticite. L'influence des nombres de rossby et de prandtl a ensuite ete abordee. Enfin, une etude de la phase tardive de l'instabilite a grand nombre de reynolds a ete realisee, a l'aide d'une modelisation sous-maille originale. Cela a permis de mettre en evidence le developpement d'instabilites secondaires, conduisant a la formation de cyclones a petite echelle. Ces structures ont ete identifiees comme resultant d'une instabilite barocline du front froid. Ces resultats sont compares a ceux que fournissent des modeles classiques de type hyperviscosite

Le calcul des efforts normaux et tangents est important pour la modélisation dynamique du système véhicule-voie en ferroviaire. Pour déterminer les forces tangentielles au contact roue-rail, les coefficients de Kalker sont utilisés dans la plupart des codes de dynamique ferroviaire, pour les différents modèles de contact. Ces coefficients ont été mesurés sur banc à plusieurs reprises dans les années 80. Une synthèse de ces travaux, réalisée par Hobbs, montre que certaines de ces mesures présentent une baisse pouvant atteindre 50% par rapport à la théorie de Kalker. L’objet de cette thèse est d’identifier d’abord les véritables causes de la dispersion constatée entre les différentes mesures, généralement attribuée à la contamination de la surface, puis de développer un modèle numérique capable d’en tenir compte.La démarche numérique proposée est sur deux volets. Dans le premier volet, une méthode itérative directe par éléments de frontière basée sur les intégrales de surface de Boussinesq-Cerruti est réécrite pour l’étude du contact normal et glissant entre deux corps élastiques, puis étendue pour la résolution du problème de contact roulant. Appliquée avec succès au contact roue-rail non-Hertzien, cette méthode est un outil prometteur pour l’étude des paramètres influençant les coefficients de Kalker qui allie à la fois la précision et la rapidité.Dans le deuxième volet, le problème du contact roue-rail élastique est résolu à l’aide de la méthode des éléments finis en utilisant les schémas d’intégration temporelle explicite et implicite. La solution élastique est comparée avec le logiciel de référence CONTACT. Le modèle par éléments finis 3D développé a permis de prendre en compte d’une part le comportement élasto-plastique des corps en contact et d’autre part l’existence d’une couche de troisième corps sur l’interface du contact roue-rail. Ainsi, en fin de cette étude, une correction aux coefficients de Kalker est estimée à partir d’un modèle qui prend mieux en compte la réalité physique du contact roue-rail.Afin d’évaluer l’influence de cette correction sur la vitesse critique du véhicule ferroviaire, une étude de stabilité est réalisée avec le code de dynamique ferroviaire VOCO dans lequel des facteurs de réduction des coefficients de Kalker ont été appliqués
The calculation of normal and tangential forces is important for the dynamic modeling of the railway vehicle-track interaction. To determine the tangential forces at the wheel-rail contact level, the Kalker’s coefficients of stiffness are used in most of computer codes for different contact models. These coefficients were measured on bench several times in the 80s. A survey of these works, conducted by Hobbs, shows a decrease of up to 50 % in value compared to Kalker’s theory. The aim of this thesis is first to identify the real causes of the dispersion observed between the various measurements, usually attributed to the surface contamination, then to develop a model taking into account some of them.The numerical modeling of the wheel-rail contact is presented in two parts. In the first part, a direct boundary element method based on Boussinesq-Cerruti solution is developed to study the normal and sliding contact between two elastic bodies, and then extended to the resolution of rolling contact problem. Successfully applied to the wheel-rail contact for non-Hertzian situation, this method is a promising tool for studying the parameters influencing Kalker’s coefficients which combines both precision and speed.In the second part, a finite element model for rolling contact between wheel and rail is developed to study the normal and the tangential contact problems using the explicit and the implicit integration schemes. The elastic solution is compared with the solution of the CONTACT software. The three-dimensional finite element model takes into account the elastoplastic behavior of the bodies in contact as well as the existence of a third body layer at the interface between the wheel and the rail. Finally, a correction of Kalker’s coefficients is estimated from the results of the numerical simulations.To study the impact of this correction on the critical speed of the vehicle, a stability analysis is performed using the multibody dynamics software VOCO in which the reduced factors of Kalker’s coefficients are considered

Ce travail est consacré à l'étude d'un modèle multifluide multivitesse récemment proposé par Scannapieco et Cheng (SC) pour décrire l'interpénétration de fluides miscibles (voir Physics Letters A, vol. 299, n. 1, pp. 49-64, 2002). Dans ce document, on commence par resituer ce modèle dans le contexte de la modélisation des écoulements de mélanges de fluides miscibles, puis on procède à son analyse mathématique (étude de l'hyperbolicité, existence d'une entropie mathématique strictement convexe, analyse asymptotique et limite de diffusion). On montre qu'il s'agit d'un système bien posé. Ensuite, on se concentre sur la problématique de la résolution numérique des systèmes de lois de conservation avec un terme source de relaxation, classe dont fait partie le modèle SC. Une difficulté lors de la résolution numérique de tels systèmes est de capturer sur maillage grossier leur régime asymptotique quand le terme source est raide. Le principal apport de ce travail réside dans le fait que l'on propose un nouveau mode de construction de schéma Lagrange-projection qui prend en compte la présence d'un terme source au niveau du flux numérique. Cette technique est d'abord appliquée en 1D au problème modèle des équations d'Euler avec friction, puis au modèle multifluide SC. Dans les deux cas, on prouve que le nouveau schéma est asymptotic-preserving et entropique sous une condition de type CFL. L'extension 2D du schéma est effectuée par directions alternées. Des résultats numériques mettent en évidence l'apport du nouveau flux en comparaison avec un schéma Lagrange-projection classique où le terme source est traité par un splitting d'opérateur
This work is devoted to the study of a multivelocity multifluid model recently proposed by Scannapieco and Cheng (SC) to describe the interpenetration of miscible fluids (see Physics Letters A, vol. 299, n. 1, pp. 49-64, 2002). In this document, we begin with presenting the SC model in the context of miscible fluids flows modelling. After that, the mathematical analysis of the model is carried out (study of hyperbolicity, existence of a strictly convex mathematical entropy, asymptotic analysis and diffusion limit). As a conclusion, the system is well-posed. Then, we focus on the problem of numerical resolution of systems of conservation laws with a relaxation source term, because SC model is part of this class. The main difficulty of this task is to capture on a coarse grid the asymptotic behaviour of the system when the source term is stiff. The main contribution of this work lies in the proposition of a new technique, allowing to construct a Lagrangian numerical flux taking in account the presence of the source term. This technique is applied first on the model-problem of a 1D Euler system with friction, and then on the multifluid SC model. In both cases, we prove that the new scheme is asymptotic-preserving and entropic under a CFL-like condition. The 2D extension of the scheme is done using a standard alternate directions method. Some numerical results highlight the contribution of the new flux, compared with a standard Lagrange plus remap scheme where the source term is processed using an operator splitting

Après divers tests sur la précision d'un code résolvant l'équation de Richards par la méthode des éléments finis au moyen de solutions analytiques existantes, l'auteur présente un modèle quasi-analytique spécifique à la raie d'irrigation et applicable aux profils hétérogènes. Les temps de calculs sont plus faibles que ceux du code numérique, à précision équivalente. Le modèle est ensuite appliqué aux données recueillies sur un sol limono-argileux pour identifier la conductivité hydraulique à partir des volumes infiltrés evlues en assimilant toute L raie à un infiltromètre. Les volumes infiltrés simulés en faisant varier l'état hydrique du sol montrent que la durée d'entretien est apparemment indépendante de la date d'irrigation. L'étalonnage des appareils de mesure (blocs résistifs, capteurs à diffusion de chaleur notamment) et l'estimation des erreurs associées font l'objet d'un chapitre spécial.

Une méthode de structuration des trajectoires par un dépôt de filament contrôlé en fabrication additive permet d’élaborer des matériaux architecturés capables de répondre à des fonctionnalités prédéfinies. Des études expérimentales antérieures dans le domaine de la rupture, reportent un gain de rigidité structurale et une augmentation de la ténacité grâce à cette structuration. Dans cette thèse, des essais de traction ont été menés avec différentes orientations de filament afin d’étudier leurs effets sur le comportement de la structure. Ils montrent que le comportement élastique du matériau architecturé est quasi isotrope. Cependant, une anisotropie prononcée est observée au niveau de sa limite élastique et sa résistance en traction. À la suite de cette première étape d’investigation, nous proposons un modèle par Éléments Finis basé sur l’attribution des repères locaux dans des éléments de maillage. Lors de cette recherche, le comportement mécanique a été modélisé avec une loi transverse isotrope dans le domaine élastique et une norme de Hill pour décrire son écoulement anisotrope. Un premier modèle numérique se montre capable de prédire le comportement en traction sans calculer l‘air gaps alors que celui-ci s’est avéré insuffisant pour prédire le gain de rigidité. Une analyse des trajectoires de dépôt et de leurs recouvrements permet d’expliquer leur influence sur la rigidité structurale à un niveau mésoscopique. Un dernier modèle numérique a été ainsi configuré afin de mieux simuler l’effet de la structuration sur le comportement mécanique
A trajectory structuring method in additive manufacturing makes it possible to develop architectured materials capable of responding to predefined functionalities. In this thesis, we are interested in the modeling of an architectured material obtained by fused filament fabrication. Previous experimental studies in the field of fracture report a gain in structural rigidity and an increase in fracture toughness thanks to this structuring method. Tensile tests were carried out with different filaments orientations in order to study the effect on the behavior of the structure. They show that the elastic behavior of the architectured material is quasi-isotropic. However, anisotropy is observed at its elastic limit and tensile strength. Following this first stage of investigation, we propose a first Finite Element model based on local references assignment in mesh elements. During this research, the mechanical behavior was modeled using a transverse isotropic law in the elastic domain and a Hill criterion to describe its anisotropic yielding. This model is proven able of simulating the tensile behavior without calculating the porosity nevertheless it is insufficient to predict the rigidity enhancement. An analysis of the deposition trajectories correlates the effect of the trajectories crossings on the structural rigidity at a mesoscopic scale. A last digital model was thus configured to incorporate the effect of the structured trajectories on the mechanical behavior

En mode normal de jeu, les instruments de percussion de la famille des gongs et des cymbales sont soumis à de fortes sollicitations qui imposent à ces structures minces un mouvement de grande amplitude (non-linéarité géométrique), siège d'une phénoménologie complexe : dépendance des fréquences avec l'amplitude, sauts, hystérésis, transferts d'énergie entre modes, vibrations chaotiques. Dans le but de raffiner la modélisation de ces comportements, le premier point de ces travaux se concentre sur l'influence d'imperfections géométriques. Le modèle de vibration de plaque circulaire parfaite (von karman), en condition de bord libre, a ainsi été modifié de manière à pouvoir formuler analytiquement les nouveaux termes linéaires et non-linéaires. L'étude s'enrichit d'une analyse détaillée de l'influence de défauts de forme typiques décrivant l'effet drastique d'imperfections d'amplitude très petite sur les caractéristiques vibratoires (fréquences propres et tendances de non-linéarité notamment). Le modèle est confronté à des analyses expérimentales effectuées sur des coques de laboratoire. La comparaison offre d'excellents résultats alors que les études minutieuses de convergence révèlent l'influence d'autres types d'imperfections au sein des coques testées. Le second point a trait à l'étude numérique de la transition vers le chaos, observée lorsqu'une cymbale est excitée harmoniquement avec une force d'amplitude croissante. Les travaux menés ont abouti à la définition d'un schéma numérique conservant l'énergie, adapté à la formulation modale de la dynamique de la plaque imparfaite. Une étude complète des performances d'une large panoplie d'intégrateurs temporels, incluant le schéma développé, a été menée avec succès sur un oscillateur de Duffing~; elle révèle que les états limites trouvés par certains intégrateurs, aux temps longs et pour des régimes très fortement non-linéaires, diffèrent qualitativement de ceux obtenus par les schémas structurellement conservatifs. L'extension au cas à plusieurs degrés de liberté est entamée.

L’augmentation de la vitesse ferroviaire impose l’amélioration des performances de freinage liés aux matériaux de friction utilisés dans les freins à disques et à semelles. Cependant, l'usure reste un point limitant en terme de performance mais aussi de sécurité. Elle a pour conséquence de détériorer les matériaux (aspects mécano-thermiques) mais aussi de contaminer le contact entre roue et rail par des particules de semelles de frein pouvant isoler électriquement celui-ci (aspects mécano-électriques). Le procédé permettant de localiser les trains, ayant pour principe la conduction électrique entre roue et rail, est alors compromis.Ces problématiques sont gouvernées par les différents contacts (roue/rail, roue/semelle, ...) qui s'inscrivent dans le concept de triplet tribologique. Un triplet est composé des corps en contact (premiers corps), de l'interface (troisième corps) et du mécanisme qui les maintient en contact. Afin de comprendre les phénomènes se produisant au sein des contacts, une analyse multi-physique locale et un découplage des paramètres (mécaniques, thermiques, électriques) s'avèrent nécessaires. Toutefois, cela est difficile à établir expé- rimentalement, une modélisation numérique par éléments discrets est alors pertinente pour palier à ces besoins.L'écoulement dynamique d'un troisième corps constitué de particules de freinage et la dégradation d'un matériau de freinage réel (suite à des méthodes d'imageries) sont modélisés. Les résultats obtenus ont permis d'appréhender les compétitions existant entre paramètres physiques d'une part (mécanique, électrique, thermique) et paramètres d'éch-elles d'autre part (local, global). Ces compétitions tendent à minimiser la résistance élec- trique lorsque les constituants sont en proportion adéquat (meilleure conduction électrique entre roue et rail) mais aussi à équilibrer les débits du circuit tribologique, ce qui conduit à protéger les matériaux (usure contrôlée). En outre, les analyses numériques ont permis de mettre en évidence de nouveaux paramètres liés à ``l'étalement'' du troisième corps et d'appréhender les points clés permettant de se rapprocher d'un contact réel
The increase of the rail speed imposes the improvement of the braking performances related to the friction materials used in brake pad and brakes shoes. However, wear remains a limiting point in terms of performance but also safety. It has the effect of damaging the materials (mechano-thermal aspects) but also to contaminate the contact between wheel and rail by particles of brake shoes that can electrically isolate it (mechanical-electrical aspects). The method for locating the trains, whose principle is the electrical conduction between wheel and rail, is then compromised.These issues are governed by the different contacts (wheel/rail, wheel/shoes, ...) that fit into the concept of tribological triplets. These are composed of the bodies in contact (first bodies), the interface (third body) and the mechanism that keeps them in contact. In order to understand the phenomena occurring within the contacts, a local multi-physics analysis and a decoupling of the parameters (mechanical, thermal, electrical) are necessary. However, this is difficult to establish experimentally, numerical modeling by discrete elements method is then relevant for these needs.The dynamic flow of a third body consisting of braking particles and the degradation of a real braking material (following imaging methods) are modeled. The results obtained made it possible to understand the competitions existing between physical parameters on the one hand (mechanical, electrical, thermal) and scale parameters on the other hand (local, global). These competitions tend to minimize the electrical resistance when the constituents are in adequate proportion (better electrical conduction between wheel and rail) but also to balance the flows of the tribological track, which leads to protect the materials (controlled wear). In addition, the numerical analyzes made it possible to highlight new parameters related to "spreading" of the third body and to apprehend the key points making it possible to approach a real contact

La caracterisation de la variabilite spatio-temporelle de la pluie est l'une des etapes importantes de l'etude du cycle de l'eau. L'information sur la distribution granulometrique de la pluie familiere aux physiciens de l'atmosphere et aux specialistes des telecommunications apparaitra utile en hydrologie si l'utilisation des radars meteorologiques se generalise. C'est cette description, a l'echelle de la goutte de pluie que nous avons aborde dans ce travail. La metrologie des distributions granulometriques des gouttes de pluie est realisee par l'intermediaire d'un capteur de mesure (le spectro-pluviometre optique) que nous avons analyse et qualifie en detail. L'analyse de la variabilite des comptages de gouttes nous a ensuite permis d'aborder la question de l'echantillonnage. Deux points essentiels se sont degages: i) l'effet d'echantillonnage est en general insuffisant pour expliquer les fluctuations des comptages de gouttes. Ii) il existe des precipitations pour lesquelles certains diametres de gouttes ne sont pas representes (lacune dans les spectres de gouttes). L'analyse spectrale des distributions granulometriques proposee en derniere partie du document s'est appuyee sur la technique d'analyse en composantes principales. Cette analyse a permis de distinguer deux types d'ecart au spectre moyen: des ecarts que l'on peut attribuer aux processus microphysiques et des ecarts de type bruit blanc vraisemblablement dus a l'echantillonnage. Un generateur de distribution granulometrique a ete propose d'apres cette analyse puis il a ete teste en simulation numerique de mesure radar. La comparaison des resultats obtenus avec ceux d'un generateur plus classique confirme l'interet de cette nouvelle approche