Semestre 9 - Modélisation avancée de structures

Niveau de connaissances (savoirs) :

N1 : débutant
N2 : intermédiaire
N3 : confirmé
N4 : expert

Les connaissances (savoirs) attendues à l'issue des enseignements de l'UE


Comportement mécanique des poutres à paroi mince et des structures minces (panneaux raidis) (C1,N3)


Les matériaux composites (constitution, fabrication, applications) (C1,N2)


Théorie classique du comportement mécanique d'un composite stratifié (C1,N3)


Approches phénoménologiques du comportement non linéaire (plasticité, visco-plasticité, endommagement) des matériaux (C1,N3)


Théorie de la rupture fragile (C1,N3)


Amorçage et propagation des fissures en fatigue (C1,N3)



Les acquis d'apprentissage en termes de capacités, aptitudes et attitudes attendues à l'issue des enseignements de l'UE


Modéliser et dimensionner une jonction (assemblage collé ou boulonné) (C3,N3)


Analyser la réponse mécanique d'une structure mince (C3,N3)


Dimensionner une structure composite à l'aide de la théorie classique des composites stratifiés (C3,N3)


Modéliser une structure composite par éléments finis (C3,N3)


Identifier le comportement d'un matériau solide (C3,N3)


Formuler une loi de comportement pour un matériau solide (C3,N3)


Dimensionner une structure en tolérance au dommage (C3,N2)

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L'objectif est de présenter les outils théoriques qui permettent d'identifier et de formuler les lois de comportement des matériaux solides. Les principales classes de comportement abordées sont la viscoélasticité, l'élastoplasticité et la viscoplasticité. L'approche de la thermodynamique des processus irréversibles est introduite. Bien que les aspects phénoménologiques soient présentés, l'accent est mis sur les méthodes de changement d'échelle qui permettent de construire des lois de comportement macroscopiques à l'aide de modèles microscopiques. En effet, la prise en compte de mécanismes de déformation aux échelles méso ou micro permet d'apporter un sens physique aux variables internes.
Les points abordés sont les suivants :
- Aspects phénoménologiques - Mise en évidence des divers types de réponse (élastique, viscoélastique, plastique, viscoplastique) de matériaux lors d'essais mécaniques.
-Le comportement viscoélastique
- Le comportement élasto-plastique et élasto-visco-plastique. - Thermodynamique des milieux continus : Lois d'état, variables d'état, potentiel thermodynamique, hypothèse de normalité, potentiel de dissipation, prise en compte du comportement endommageable - Changement d'échelle et homogénéisation : Exemples de microstructures, méthodes simplifiées de Reuss et Voigt, méthodes des modules effectifs, méthodes d'homogénéisation périodique

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Les méthodes de détection montrent que les fissures peuvent être présentes en grand nombre dans les structures. La mécanique de la rupture permet de décider si ces fissures peuvent être tolérées sans risque ou s'il faut au contraire réparer ou rebuter la pièce. L'objectif du cours est de présenter les principales notions de rupture et de fatigue qui sont nécessaires pour les approches utilisées lors du dimensionnement des structures en tolérance au dommage. Les principaux points abordés sont : Rupture fragile (singularité du champ de contraintes, théorie du KIc, théorie énergétique de la rupture, expression de G, équivalence des théories de Irwin et de Griffith), Fatigue (amorçage des fissures en fatigue, lois de fissuration en fatigue, fatigue multiaxiale).

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Les points abordés sont les suivants :
* Les matériaux composites Renforts fibreux et matrices polymères Procédés de mise en oeuvre des composites à matrice polymère Application des matériaux composites dans différents secteurs industriels Le comportement mécanique des matériaux composites Mise en oeuvre de la théorie des composites stratifiés (TP sous Scilab) *Dimensionnement de structures composites Contraintes thermiques Théorie des plaques de Reissner-Mindlin (TP sous Scilab) Flambement *Modélisation par éléments finis d'une structure composite (TP avec le code industriel ABAQUS) Comparaison des diverses stratégies de modélisation du comportement élastique Etude d'une poutre sandwich Etude d'un panneau raidi

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Dimensionnement de structures minces

Maitriser différentes théories et modèles de poutres et plaques à analyser la réponse mécanique de structures minces (panneaux raidis - ailes, fuselages, wagons de trains, etc.)
Interprétation des résultats analytiques/numériques en phase avancée du projet (conception préliminaire + analyse de détail).

Dimensionnement d'assemblages

Maîtriser modèles analytiques et numériques pour l'analyse mécanique des assemblages collés (Volkersen, Goland et Reissner, Modèles de zone cohésive)
Prédire la résistance mécanique d'un assemblage collé à l'aide de théories basées sur modèles de type poutre et plaque (Hart-Smith, Fraisse et Schmit)

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Niveau de connaissances (savoirs) :

N1 : débutant
N2 : intermédiaire
N3 : confirmé
N4 : expert

Les connaissances (savoirs) attendues à l'issue des enseignements de l'UE


Méthodes numériques en dynamique rapide (C1,N2)


Méthodes de résolution des équations du mouvement d'un continu élastique (C1,N2)


Techniques de génération et de modification de maillages (C1,N2)


Techniques de simulation pour générer des variables aléatoires et des modèles aléatoires dans le contexte de la fiabilité (C1,N2)


Méthodes de simulation numérique pour l'optimisation du contrôle non destructif par ultra-sons des matériaux (C1,N2)



Les acquis d'apprentissage en termes de capacités, aptitudes et attitudes attendues à l'issue des enseignements de l'UE



Utiliser les codes industriels pour le dimensionnement mécanique (C3,N2)


Mettre en œuvre une démarche de dimensionnement mécanique d'une structure en statique ou en dynamique (C3,N2) (C7,N2) (C8,N2)


Découvrir le métier d'ingénieur sous divers aspects grâce à des interventions de personnalités extérieures (C9,N2)

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Les maillages sont au cœur de la pratique du calcul scientifique. L'objectif de ce cours est d'élargir et d'approfondir vos connaissances des maillages dans le cadre du calcul scientifique. Il s'agira non seulement d'étudier des aspects techniques propres aux maillages, mais également d'être en mesure de faire le lien avec d'autres aspects du calcul scientifique étudiés à l'école. Ainsi, on étudiera d'une part différentes techniques de génération de maillage, en détaillant leurs difficultés et avantages inhérents, et d'autre part des outils de manipulation de maillage et les techniques d'adaptation automatique de maillage à des solutions physiques. Plus généralement, les compétences acquises vous permettront de mieux vous repérer dans la découverte ou la conception de codes de calcul sur maillage non-structuré.Selon vos compétences et vos envies, vous pourrez adopter une approche plutôt algorithmique ou plutôt centrée sur l'intégration dans la chaîne de calcul.Le module sera évalué par un projet en binôme, réalisé en partie sur les séances de cours.



Plan:

Généralités. Algorithmes et outils de manipulation de maillage.
Algorithmes de génération de maillages simpliciaux.
Adaptation de maillage: estimateurs d'erreur et algorithmes d'adaptation.
Pour aller plus loin: éléments de parallélisme et mailllages d'ordre élevé.

Environ 3 séances seront consacrées au cours, 1 séance sera consacrée à un TP d'introduction, et le reste sera consacré à la réalisation du projet.

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Introduction à la simulation numérique pour l'optimisation du contrôle non destructif de matériaux. Pratique sur logiciel CIVA (CEA - http://www.extende.com/fr/) puis sur Comsol Multiphysics (https://www.comsol.fr) pour simuler la génération, la propagation et la détection des ondes ultrasonores, ainsi que leur interaction avec des défauts de matériaux. Applications à l'inspection de structures par techniques ultrasonores.
Introduction to numerical simulation for the optimization of non-destructive testing of materials. Practice on CIVA software (CEA - http://www.extende.com/fr/) and then on Comsol Multiphysics (https://www.comsol.fr) to simulate the generation, propagation and detection of ultrasonic waves, as well as their interaction with defects in materials. Applications to ultrasound-based inspection techniques.

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Les connaissances (savoirs) attendues à l'issue des enseignements de l'UE


Maitriser les techniques de simulation probabilistes (C1,N1)..


Maitriser la pratique de génération de variables aléatoires pour la simulation de modèles aléatoires (C1,N1).


Maitriser les techniques de Monte-Carlo : convergence, intervalles de confiance, technique d'accélération,... (C1,N1).


Les acquis d'apprentissage en termes de capacités, aptitudes et attitudes attendues à l'issue des enseignements de l'UE


Maitriser les notions essentielles de la simulation numérique par des techniques probabilistes(C1,N1)..


Savoir construire des outils pour la simulation de modèles aléatoires simples et calculer numériquement les éléments probabilistes nécessaire à l'exploitation de ces modèles (C1,N1).


Maitriser les techniques de Monte Carlo et leurs implications au domaine de la simulation numérique(C1,N1).

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L'objectif est de présenter les outils permettant d'effectuer des simulations de phénomènes mécaniques rapides. L'application visée est le dimensionnement des structures soumises à des chocs et des crashs.
Les points abordés sont les suivants :
- Effets des grandes vitesses de sollicitation sur les différentes classes de matériaux lois de comportements élastoviscoplastiques couramment utilisées - Notions de grandes déformations - Les moyens d'essais et de mesures disponibles pour la caractérisation des matériaux (barres de Hopkinson, vérin rapide, ... ) et pour la vérification du comportement (puits de chute ... ) - Discrétisation du problème continu et équations du mouvement - Schémas de résolution (comparatif explicite/implicite) - Les éléments finis usuels en crash - Apprentissage du logiciel RADIOSS (sous la forme de TP calculs)

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L'objectif du projet est de réaliser une chaine complète de calcul d'une pièce incluant :
1) CAO sous Catia V5,
2) Modélisation d'un composant sous Hypermesh,
3) Analyse EF sous Abaqus, RADIOSS, Ansys,
4) Optimisation topologique de la pièce avec Optistruct,
5) CAO de la solution optimisée,
6) Vérification par méthode EF de la tenue de la solution proposée.

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Découvrir le métier d'ingénieur sous divers aspects grâce à des interventions de personnalités extérieures.

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Niveau de connaissances (savoirs) :

N1 : débutant
N2 : intermédiaire
N3 : confirmé
N4 : expert

Les connaissances (savoirs) attendues à l'issue des enseignements de l'UE

Maitriser l'anglais et connaître d'autres cultures (C10, N1 à N4)

Les acquis d'apprentissage en termes de capacités, aptitudes et attitudes attendues à l'issue des enseignements de l'UE

Savoir communiquer avec des personnes de langues et cultures différentes (C10, N2 à N4)
Savoir s'adapter dans différents contextes, dans l'entreprise, à l'international (C10, C12, N1 à N3)
Savoir communiquer avec de spécialistes et non-spécialistes (C12, N1 à N3)
Apprendre à mieux se connaître, à s'autoévaluer, à gérer ses compétences (C13, N2 - N3)

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Reconnaissance de l'engagement étudiant dans la vie sociale, associative ou personnelle
Chaque élève-ingénieur peut faire une demande de validation des compétences, connaissances et aptitudes qu'il a acquises dans l'exercice des activités suivantes :

activité bénévole au sein d'une association,
activité de promotion de l'école ou de l'établissement,
implication au service de l'école ou de l'établissement,
activité professionnelle,
activité militaire dans la réserve opérationnelle,
engagement de sapeur-pompier volontaire,
service civique,
volontariat dans les armées,
participation aux conseils de l'établissement et des écoles, d'autres établissements d'enseignement supérieur ou des centres régionaux des œuvres universitaires et scolaires.

Un engagement étudiant est considéré de niveau élevé lorsqu'un élève-ingénieur a des fonctions/missions définies et reconnues dans l'exercice de ses activités.
Le module facultatif engagement étudiant donne lieu à une note sur 20 points entraînant un bonus maximum de 1 point/20 à la moyenne de l'UE (Langues et culture de l'ingénieur). La note obtenue à ce module ne peut pas diminuer la moyenne de l'UE (Langues et culture de l'ingénieur).

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Reconnaissance de l'engagement étudiant dans la vie sociale, associative ou personnelle
Chaque élève-ingénieur peut faire une demande de validation des compétences, connaissances et aptitudes qu'il a acquises dans l'exercice des activités suivantes :

activité bénévole au sein d'une association,
activité de promotion de l'école ou de l'établissement,
implication au service de l'école ou de l'établissement,
activité professionnelle,
activité militaire dans la réserve opérationnelle,
engagement de sapeur-pompier volontaire,
service civique,
volontariat dans les armées,
participation aux conseils de l'établissement et des écoles, d'autres établissements d'enseignement supérieur ou des centres régionaux des œuvres universitaires et scolaires.

Un engagement étudiant est considéré de niveau très élevé lorsqu'un élève-ingénieur a des fonctions/missions comportant des responsabilités administratives, financières et/ou pénales dans l'exercice de ses activités. Un engagement très élevé doit également comprendre un aspect encadrement et animation.
Le module facultatif engagement étudiant donne lieu à une note sur 20 points entraînant un bonus maximum de 2 point/20 à la moyenne de l'UE (Langues et culture de l'ingénieur). La note obtenue à ce module ne peut pas diminuer la moyenne de l'UE (Langues et culture de l'ingénieur).

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Ce module se compose de deux parties complémentaires :
- Projet Professionnel
- Business Challenge.

Partie 1 : PROJET PROFESSIONNEL (4 heures)
Identification des sources de motivation et des forces/faiblesses/opportunités/menaces rencontrées pendant le stage de 1ere année et 2ème année se préparer à l'embauche Construire son pitch et se préparer à la soutenance du projet professionnel.
MODULE 1 :Debriefing du stage 2A,
MODULE 2 : Préparation du pitch en vue de la soutenance de projet professionnel

Partie 2 : BUSINESS CHALENGE (24 heures)
A travers une simulation l'étudiant doit :- Apprendre à développer une stratégie- comprendre les mécanismes de fonctionnement de l'entreprise ( coûts, comptabilité, finances, marketing, production...)- Analyser les résultats- Se sensibiliser au DDRSMieux comprendre les intéractions entre les différentes dimensions d'une entreprise est un des principaux objectifs de Global Challenge. Les participants devront traiter de multiples disciplines liées à la gestion en les intégrant dans une stratégie globale. De plus, les participants devront apprendre à travailler en équipe, afin de mieux analyser les implications opérationnelles et financières de leurs décision.Chaque équipe, regroupée en unité autonome de gestion, doit gérer un ensemble de produits sur un marché virtuel.

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