Chaîne numérique efficace pour la conception de structures lattices aux comportements dynamiques originaux

Ultra-fast numerical methods for designing Lattice structures with optimal dynamical behaviours

• Auteur / Autrice : Loïc Dupeuble
• Direction : Dominique Chamoret
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique appliquée
• Date : Inscription en doctorat le 10/11/2025
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : COMM - Conception, Optimisation & Modélisation en Mécanique

Mots clés

Mots clés libres

Mécanique numérique

Fabrication additive

Machine learning

Calcul HPC

Intégration CAO/calcul

Mathématiques appliquées

Digital mechanics

Additive manufacturing

Machine learning

Résumé

L'émergence des procédés de fabrication additive (communément appelé impression 3D) a ouvert de nouvelles perspectives en ingénierie. En particulier, il est désormais possible de produire des structures aux géométries complexes, présentant alors des comportements et des performances mécaniques supérieures à des structures conventionnelles. Dans ce contexte, un intérêt croissant porte sur les structures lattices, aussi nommées structures architecturées ou structures en matériaux architecturés. Ces approches s'inspirent directement de formes architecturales que l'on retrouve dans la nature : le cœur de la structure est largement poreux, et l'agencement de vide et de matière est soigneusement choisi afin d'obtenir un comportement global spécifique et optimisé. Ces travaux de recherche portent sur l'apport des structures lattices pour l'obtention des structures aux comportements dynamiques optimaux : conception de super-amortisseurs pour réduire des phénomènes vibratoires néfastes, ou encore des super-absorbeurs offrant une protection importante en cas d'impact. Les outils numériques actuellement déployés dans les bureaux d'études sont inefficaces pour simuler ces structures aux géométries complexes. Par exemple, les ressources numériques requises, en termes de mémoire et de temps de calcul, sont inaccessibles avec une approche éléments finis traditionnelle de type « boîte noire » dans ce contexte. L'objectif est de développer une chaîne numérique dédiée à l'étude du comportement dynamique des structures lattices. Les pistes envisagées pour rendre cette chaîne particulièrement performante reposent sur l'utilisation de l'analyse isogéométrique, la construction de modèles de substitution, le développement de solveurs dédiés, et la formulation et la résolution de problèmes d'optimisation.

The emergence of additive manufacturing processes (commonly referred to as 3D printing) has opened new perspectives in engineering. It is now possible to produce structures with complex geometries, exhibiting superior mechanical behavior and performance compared to conventional structures. In this context, growing interest is focused on lattice structures, also known as architectural structures or structures made of architectural materials. These approaches are directly inspired by architectural forms found in nature: the core of the structure is largely porous, and the arrangement of voids and material is carefully chosen to achieve specific and optimized overall behavior. This thesis focuses on the contribution of lattice structures to achieving optimal dynamic behavior: designing super-dampers to reduce harmful vibration phenomena, or super-absorbers providing significant protection in the event of impact. The numerical methods currently deployed in design offices are ineffective at simulating these structures with complex geometries. For example, the required computational resources, in terms of memory and computation time, are unattainable using a traditional ''black-box'' finite element approach in this context. The goal here is to develop a numerical framework dedicated to studying the dynamic behavior of lattice structures. The ideas being considered to build such an efficient design chain are based on the use of isogeometric analysis, the construction of surrogate models, the development of dedicated solvers, and the formulation and resolution of optimization problems.