Since 1994, HDS is a major player in the design of complex composite parts, especiallyfor racing sailing yachts [1]. In this paper, wesuggest to present our approach in the design and finite-element modelling of the rigidwing-sail of the trimaran that won the 33rd America’s Cup, held in February 2010. From thedecision to design the wing-sail to the assembly on the maxi trimaran, we will present thedifferent steps of design and computation: principles and assessment of the aerodynamicloads, structural design and modelling with tools adapted to each problem, massoptimization. Then, we will detail some of the numerical problems that we faced in thisproject.

L’assemblage des rails de chemin de fer se fait généralement à travers un procédé desoudage par aluminothermie. Ce procédé consiste en la coulée de métal de jonction entreles deux extrémités de rails à assembler. La qualité de cet assemblage dépend étroitementdes conditions de la réalisation qui sont généralement difficiles à respecter. En effet,les techniques classiques de contrôle des rails, mettent souvent, en évidence la présencedes défauts de soudure dans la jonction. Selon les observations, ces défauts peuvent êtreclassés en deux types : défauts d’adhésion (ou défauts de collage) et défauts de porosité(ou défauts de soufflures multiples). Chacun de ces défauts, peut constituer un siteprivilégié de concentration des contraintes. Selon le niveau de ces contraintes, deséventuels processus d’endommagement risquent de se développer et mettant le rail horsservice. Il semble donc nécessaire de modéliser le comportement mécanique de ces souduresavec ces défauts en vue de les classer par leur criticité. Dans cette étude, nous avonsdonc modélisé avec un même chargement et avec les mêmes conditions aux limites, lajonction de soudure pour chaque type de défaut. Les résultats obtenus sont très concluantset permettent de bien orienter l’approfondissement de notre analyse coté paramètres desoudage.

Notre approche vise à tester les modèles classiques de piègage de fissure pour des motifsde ténacité contrôlée et des géométries d’éprouvette réalistes, c’est-à-dire de taillesfinies. Nous modélisons notamment l’effet de l’épaisseur du matériau. Les prédictions dumodèle théorique développé dans [L. Legrand, S. Patinet, J.-B. Leblond, J. Frelat, V.Lazarus, D. Vandembroucq, Coplanar perturbation of a crack lying on the mid-plane of aplate, Int. J. Frac.] sont validées par des calculs de type éléments-finis. Ces derniersconvergent en fonction de la fréquence de perturbation du front de fissure vers deuxrégimes asymptotiques : milieu semi-infini et plaque mince. Dans le cas d’une fissureinteragissant avec un défaut unique, nous confrontons nos calculs à une configurationexpérimentale de fissuration. Nous montrons une remarquable amélioration des prédictionsdes modèles de ligne élastique par la prise en compte de l’épaisseur de l’éprouvette.

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’optimisation de forme des structures dont le comportement est hyperélastique incompressible et anisotrope. La fonction énergie est décomposée en une composante isotrope et une composante anisotrope. L’approche décrite dans cet article est le calcul exact de la sensibilité pour les éléments solides en utilisant un matériau à comportement hyperélastique. La résolution du problème mécanique est faite par la méthode des éléments-finis en utilisant un algorithme d’optimisation appelé SQP (Sequential Quadratic Programming). Le critère d’optimisation (fonction objectif à minimiser) est défini à partir du critère de Von Mises avec une limitation de conservation du volume. Les variables d’optimisation sont les coordonnées des points de contrôle avec une paramétrisation par les courbes de B-splines. La faisabilité de la méthode développée est validée par un exemple numérique avec une comparaison du calcul de la sensibilité par la méthode des différences finies.

Ce travail s’intéresse à un écoulement autour d’un obstacle cylindro-conique chauffé, enrotation à l’intérieur d’une cavité cylindrique. Il s’agit d’étudier l’influence d’uneperturbation de type harmonique sur le comportement dynamique de l’écoulement et sur lemécanisme de l’échange thermique avec l’obstacle. La fréquence de référence del’écoulement périodique a été déterminée par l’analyse de l’évolution du régime vers sonétat stationnaire. L’étude a été menée pour des fréquences variant de 1/3 de la fréquencede référence à 10 fois cette dernière. La périodicité de l’écoulement est assurée par lacondition d’entrée sur le débit supposé périodique. L’étude numérique a été réalisée pourdes valeurs du nombre de Reynolds inférieur à 100 et pour des valeurs de nombre de Taylorinférieur à 500 afin d’éviter la présence des instabilités au sein de l’écoulement. Deuxméthodes numériques ont été utilisées : une méthode de différences-finies combinée avec unschéma ADI et la méthode des éléments-finis. Le fluide considéré est l’air avec despropriétés physiques constantes. Le couplage convection-conduction a été considéré dansune plage de variation du rapport K de la conductivité thermique dusolide à celle du fluide de 10-2 à 103. Les résultats montrent queles composantes de la vitesse varient en phase avec le débit, alors que la pression et lesdifférents paramètres thermiques sont en déphasage avec la vitesse d’entrée. On note aussil’aspect périodique de tous les paramètres dynamiques et thermiques de l’écoulement pourles nombres de Reynolds utilisés. L’influence de la fréquence se manifeste davantage pourses valeurs élevées. Le nombre de Nusselt est proportionnel à la fréquence. Ces résultatssont en bon accord avec ceux données par d’autres études de référence.

A benchmark is organised to quantify the variability relative to structure dynamicscomputations. The chosen demonstrator is a pump in service in thermal central units, whichis an engineered system with not well-known parameters, considered in its workenvironment. The blind modal characterisation of the separate pump components shows a5%–12% variability on eigenfrequency values and a less than 15% frequency error incomparison with experimental values. The numerical-experimental MAC numbers reach 0.7 atthe maximum, even after updating. An example of modal results on the pump assembly fixedis presented, which shows a larger discrepancy with measurement values, essentially due tothe modelling of the interfaces and boundary condition, and to the possible simplificationof the main components F.E. models to reduce their size. Though a significant frequencyerror, the first overall modes are correctly identified. If this tendency can be confirmedfrom all the participants’ results, the conclusion to be drawn is that, if the predictivecapability of F.E. models to represent the dynamical behaviour of sub-structures issatisfactory, the one relative to structures that are built-up of several components doesnot allow their confident use. Additional information issued from measurements is neededto improve their accuracy.

Dans cet article sont présentées des évolutions du modèle RL nécessaires pour larésolution de problèmes de dynamique rapide. Le modèle initial, basé sur le comportementthermomécanique de l’alliage couplé à l’équation de la chaleur, a été implémenté dans lecadre de la dynamique basses fréquences dans des travaux antérieurs. L’utilisation de cemodèle non-linéaire dans le cadre de la dynamique rapide (réponse de la structure à unimpact) conduit à des solutions non physiques ou à des divergences des algorithmesd’intégration temporelle. Ces comportements sont principalement dus aux fortesnon-linéarités des équations régissant les cinétiques de transformation entre les deuxphases du matériau (austénite/martensite). L’adjonction d’un terme lissant dans leséquations différentielles permet de faire converger les algorithmes sans perturber lecomportement du modèle initial. Ce terme, d’un point de vue physique, traduit le fait quela transformation de phase ne se fait pas de façon instantanée, mais à une vitesse depropagation donnée. Les résultats issus d’un calcul éléments-finis considérant unestructure bidimensionnelle soumise à un impact sont présentés.

Ce travail propose une approche numérique pour l’étude de matériaux compositescarbone/carbone sous sollicitations dynamiques et conditions de contact frottant. Ellerepose sur l’utilisation d’une approche éléments-finis (EF) et de techniquesd’homogénéisation appliquées à une cellule élémentaire du matériau. Les effets ducontraste des propriétés élastiques au contact sont étudiés et l’influence de ladescription du matériau sur le comportement tribologique est mise en évidence.

La modélisation et la fabrication des ballons pressurisés stratosphériques longue durée à usage scientifique sont un défi pour le CNES. Ils sont constitués de plusieurs fuseaux en tri-couches PET/PA/PET d'épaisseur 50 µm, assemblés entre eux par des rubans adhésifs en PET de 23 µm d'épaisseur. À ce jour, un problème majeur apparaît lors des missions de vol, se traduisant pour certains ballons par une destruction prématurée. Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique des ballons pressurisés stratosphériques et plus particulièrement sur les assemblages des films polymères constituant le ballon. Dans un premier temps, une campagne d'essais de nanoindentation nous permet d'identifier les propriétés élastiques des matériaux après assemblage, et ce pour deux températures de vol du ballon. Dans un second temps, nous modélisons un assemblage nominal en approche 2D puis 3D. Plus particulièrement, un exemple d'application de la technique de submodeling est présenté à partir de la modélisation d'un défaut de la jonction. Enfin, à l'aide de la méthode des plans d'expériences et de simulations éléments-finis, nous étudions l'influence des paramètres de conception sur la tenue mécanique d'un assemblage type.

Le procédé de formage électromagnétique, electromagnetic forming process ou EMF en anglais, consiste à déformer les métaux en appliquant une pression générée par un champ magnétique variable d'une grande intensité. L'utilisation de ce procédé en complément de la mise en forme par emboutissage d'une ébauche, permet d'accroître la quantité d'aluminium employé dans la construction automobile en améliorant la formabilité des tôles et en réduisant les coûts de production. L'objectif des travaux de recherche liés à ce procédé est d'aboutir à une meilleure compréhension du mécanisme de déformation afin de développer des équipements et des méthodes efficaces pour sa mise en œuvre industrielle. Une manière de parvenir à cet objectif est l'utilisation de la simulation numérique au travers d'une modélisation du procédé basée sur la méthode des éléments-finis. Ces travaux de développement ont été partiellement menés dans le cadre d'un projet européen appelé EMF (G3RD-CT-2002-00798).

This paper presents the structural shape optimization with linear elastic material, large displacement and small strains. The whole shape optimization process is carried out by coupling a closed geometric shape in R2 with boundaries defined by B-splines curves, automatic mesh generation at each iteration, exact sensitivity analysis and mathematical programming method (SQP: Sequential Quadratic Programming). The design variables are the control point's coordinates which minimize the Von-Mises criteria, with a constraint that the total material volume of the structure remains constant. In this work the sensitivity analysis is performed using two methods: numerically by an efficient finite difference scheme and by the new method called exact Jacobian method. The feasibility of the proposed method is carried out for two numerical examples.

Les instabilités générées par frottement sont responsables des divers bruits tels que le crissement, le sifflement ou le broutement... Pour modéliser et comprendre ce phénomène d'instabilités, les analyses temporelles et aux valeurs propres sont utilisées sur un système modèle constitué de deux poutres en contact. Dans l'analyse aux valeurs propres, l'instabilité se manifeste par la coalescence de deux modes propres du système. Dans l'analyse temporelle, l'instabilité est caractérisée par des zones d'adhérence ou de décollement qui apparaissent au niveau de la surface de contact. Les résultats issus des deux analyses sont cohérents et complémentaires. Une validation expérimentale a été effectuée et montre une bonne corrélation entre les résultats numériques et expérimentaux.