Stratégies numériques avancées pour la simulation efficace de procédés de soudage conventionnels et non conventionnels : Une approche de réduction de modèles

Advanced Numerical Simulations for Conventional and Non-Conventional Welding Processes : A Model Order Reduction Approach

• Auteur / Autrice : Diego Canales Aguilera
• Direction : Francisco Chinesta, Elias Cueto, Eric Feulvarch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 31/05/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes en cotutelle avec Universidad de Zaragoza (Espagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Calcul Intensif (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Bergheau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francisco Chinesta, Elias Cueto, Eric Feulvarch, Jean-Michel Bergheau, Pierre Ladevèze, Khémais Saanouni, José Vicente Aguado, Frédéric Boitout, Antonio Huerta
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Ladevèze, Khémais Saanouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthodes d'éléments finis mixtes

Abaques (mathématiques)

Soudage par friction-malaxage

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Simulation numérique du soudage

Soudage par friction malaxage

Réduction des modèles numériques

Proper generalized decomposition

Abaques numériques

Generalized finite element method

Local-global method

Soudage stationnnaire

Computational welding mechanics

Welding

Friction stir welding

Model order reduction

Proper generalized decomposition

Computational vademecum

Generalized finite elements

Local- global methods

Steady-state welding

Résumé

Les simulations numériques représentent un outil fondamental pour la conception et l'optimisation de procédés industriels de fabrication tels que le soudage. Malgré le développement impressionnant des méthodes numériques et des moyens de calcul utilisables, la complexité des procédés de fabrication et les nouvelles exigences des industries les plus avancées obligent à repenser les méthodes, les stratégies et les algorithmes de simulation disponibles. Dans cette thèse, de nouvelles méthodes numériques avec une approche de Réduction des Modèles sont proposées, une discipline consolidée qui a fourni des solutions étonnantes dans différentes applications, comme les procédés de fabrication avancés. Tout d'abord, différentes stratégies sont proposées pour la simulation efficace des procédés de soudage conventionnel, à cet effet, l'utilisation de Computational Vademecums est introduite. L’introduction de ces abaques numériques améliorent des méthodes telles que : les Éléments Finis Généralisés pour le calcul thermique, l'approche local-global pour le calcul mécanique et enfin, la construction directe des abaques numériques utiles pour la phase de pré-design. En second lieu, un solveur PGD efficace est présenté pour les simulations thermo-mécaniques de soudage par friction-malaxage. Cette thèse montre comment la réduction des modèles,en plus d'être une fin en soi, peut être un excellent ingrédient pour améliorer l'efficacité des méthodes numériques traditionnelles. Cela représente un grand intérêt pour l'industrie.

Numerical simulations represent a fundamental tool for the design and optimization of industrial manufacturing processes such as welding. Despite the impressive development of the numerical methods and the means of calculation, the complexity of these processes and the new demands of the more advanced industries make it necessary to rethink the available methods, strategies and simulation algorithms. In this thesis, we propose new numerical methods with a Model Order Reduction approach, a consolidated discipline that has provided surprising solutions indifferent applications, such as advanced manufacturing processes. First, different strategies for the efficient simulation of conventional welding processes are proposed. To this end, the use of Computational Vademecums is introduced for the improvement of methods such as the Generalized Finite Element for thermal calculation, the local-global approach for the mechanical calculation or the direct construction of vademecums useful for predesign phases. Then, an efficient PGD solver for thermomechanical simulations for friction stir welding is presented. This thesis shows how Model Reduction, besides being an end, it can be an excellent ingredient to improve the efficiency of traditional numerical methods, with great interest for the industry.