Modélisation et simulation par éléments finis

1. Modélisation et simulation par éléments finis J. Cugnoni , LMAF / EPFL, 2013

2. Objectifs • Transmettre les bases techniques et méthodologiques utiles à la réalisation d'études par éléments finis de problèmes concrets de mécanique des solides et des structures • Au travers d’exercices pratiques, développer une vision critique des possibilités et des limitations de ces méthodes numériques et des logiciels existants.

3. Acquis d’apprentissage A la fin du cours, vous devrez être capable de: • Appliquer une méthodologie de modélisation rigoureuse à un problème concret donné à partir d’un cahier des charges • Réaliser une analyse par éléments finis à l’aide du logiciel Abaqus et rédiger un rapport d’étude complet • Expliquer les grands principes de la modélisation par éléments finis en élasticité linéaire et justifier les choix de modélisation réalisés (type d’éléments, conditions limites, modèles de matériau, critères).

4. Examens L’acquisition du contenu sera vérifiée à la fin du semestre par un examen écrit durant lequel vous devrez individuellement : • Réaliser une étude par éléments finis à partir d’un cahier des charges fourni et une géométrie fournie à l’aide du logiciel de simulation Abaqus 6.8 • Rédiger un rapport d’étude complet incluant la description et la justification des hypothèses de modélisation utilisée, l’approche de simulation choisie, et l’analyse des résultats obtenus.

5. Organisation • Pré-requis: • Bachelor: Méthode des éléments finis. Th. Gmür • Approche du cours: • Théorie et exercices entremêlés • Apprendre à utiliser un logiciel EF : Abaqus • Application à des cas « concrets » : thématiques • Préparation aux projets / études industrielles: méthode & sens critique • Questions pratiques: • 40 licences Abaqus / 40 postes , Salle CM 1 103 => former des groupes • Support de cours / exos / tutoriels: http://lmafsrv1.epfl.ch/CoursEF • Pour approfondir: • Master: Dynamique numérique des solides et des structures, Th. Gmür

6. Plan du cours 2013

7. Travail individuel et Compétences à acquérir

8. Mini projets • Objectif: • Mettre en pratique le contenu du cours de manière autonome et approfondie • Réaliser une étude complète d’un système mécanique de votre choix • Organisation: • Déroulement en parallèle du cours • Travail par groupes de 2 personnes (modulable en fonction de la complexité du sujet) • Démarche: • identifier un problème à étudier et le documenter (p.ex projet ingénierie simultanée ou autre projet perso.) • rédiger un cahier des charges d’étude • modéliser la géométrie • modélisation et simulation par éléments finis • analyse, discussion, rédaction du rapport d’étude

9. Mini projets : planning

10. Mini-projet • Règles: • Le projet doit représenter ~ 14 heures de travail effectif par personne, hors heures de contact • Evaluation sur la base du rapport de projet. • Excellent projet => 1 point bonus sur la note finale • Projet « Suffisant » => 0.5 pt bonus • Projet insuffisant ou non rendu => 0 bonus • Travail réparti équitablement dans le groupe, évaluation commune. • Documentation: Utilisation possible de toutes les ressources documentaires y compris web, mais les sources doivent être citées; Pas de plagiat ! • Sujet en relation avec un autre cours / TP / projet ou hobbie. • Heure de projet (18-19h) = heure de contact pour questions/ réponses

11. Exemples de mini-projets Voirhttp://lmafsrv1.epfl.ch/CoursEF2011/MiniProjets/presentations-cdc/

12. Perturbations(charges) entrée Modèle sortie Réponses Modélisation / simulation EF • Modèle = Abstraction de la réalité dans un but précis • Expérience = « Stimuler / perturber » un système pour en évaluer ses réponses • Simulation = Expérience virtuelle = « Perturber / stimuler » un modèle du système pour en évaluer ses réponses

13. Démarche de modélisation / simulation Cahier des charges d’étude (CDC) Quelles Simulations faut il réaliser et comment? Modélisation Physique( FE, FV, FD ) Modélisation des cas de charges Modélisation GéométriqueCAO (CAD) Modélisation Etude convergence Validation Analyse desrésultats etrépondre au CDC Optimisation, itérations design, Étude paramétrique Simulation

14. EF: applications pratiques Décision D35

15. EF: applications pratiques CERN, LHC, ATLAS, SCT detector

16. EF: applications pratiques Projet SwissCube (pico satellite 1 dm3) 420 Hz 555 Hz

17. EF: applications pratiques Isolateurs Composite Composites Metal-céramique

18. Biomécanique

19. Références • Documents & exercices sur http://lmafsrv1.epfl.ch/CoursEF • Méthode des éléments finis en mécanique des structures , Th. Gmür, PPUR, collection enseignement • Dynamique des structures: Analyse modale numérique des systèmes mécaniques, Th. Gmür, PPUR, collection enseignement • FiniteElementMethod: A Practical Course G.R. Liu, Livre online sur http://library.epfl.ch (*) • FiniteElementMethod, Volume 1 – 3, Zienkiewicz, Taylor , Livre online sur http://library.epfl.ch (*) • Abaqus Documentation: installé en CM103 ou sur http://lmafsrv1.epfl.ch:2080 (*) (* accès local EPFL ou VPN)