Comparison of Field Transfer Methods between two meshes

In many cases, the numerical computation of mechanical problem with Finite Element Method has to transfer some information between two different meshes. For example, if a remeshing is needed or if several meshes are used (e.g. one for a thermal problem and another one for a mechanical problem). In spite of the research on the Transfer Methods, none of them has been so far clearly established as the best. Each method has advantages and disadvantages. Many problems can happen during the field transfer, like the minimization of the numerical diffusion, the value of the field on the boundaries, etc. This paper compares on the one hand the performances of the Field Transfer Method by classical interpolation with on the other hand one using Mortar Elements. The comparison of the two methods is based on two indicators: the numerical diffusion and the evaluation of the field on the boundaries. In this paper, only the continuous fields are considered

The modeled structure of the RNA dependent RNA polymerase of GBV-C Virus suggests a role for motif E in Flaviviridae RNA polymerases

BACKGROUND: The Flaviviridae virus family includes major human and animal pathogens. The RNA dependent RNA polymerase (RdRp) plays a central role in the replication process, and thus is a validated target for antiviral drugs. Despite the increasing structural and enzymatic characterization of viral RdRps, detailed molecular replication mechanisms remain unclear. The hepatitis C virus (HCV) is a major human pathogen difficult to study in cultured cells. The bovine viral diarrhea virus (BVDV) is often used as a surrogate model to screen antiviral drugs against HCV. The structure of BVDV RdRp has been recently published. It presents several differences relative to HCV RdRp. These differences raise questions about the relevance of BVDV as a surrogate model, and cast novel interest on the "GB" virus C (GBV-C). Indeed, GBV-C is genetically closer to HCV than BVDV, and can lead to productive infection of cultured cells. There is no structural data for the GBV-C RdRp yet. RESULTS: We show in this study that the GBV-C RdRp is closest to the HCV RdRp. We report a 3D model of the GBV-C RdRp, developed using sequence-to-structure threading and comparative modeling based on the atomic coordinates of the HCV RdRp structure. Analysis of the predicted structural features in the phylogenetic context of the RNA polymerase family allows rationalizing most of the experimental data available. Both available structures and our model are explored to examine the catalytic cleft, allosteric and substrate binding sites. CONCLUSION: Computational methods were used to infer evolutionary relationships and to predict the structure of a viral RNA polymerase. Docking a GTP molecule into the structure allows defining a GTP binding pocket in the GBV-C RdRp, such as that of BVDV. The resulting model suggests a new proposition for the mechanism of RNA synthesis, and may prove useful to design new experiments to implement our knowledge on the initiation mechanism of RNA polymerases

An invariant based transversely-isotropic constitutive model for unidirectional fibre reinforced composites considering the matrix viscous effects

Fibres Reinforced Polymers (FRPs) are found in several applications in aeronautics, space and in the automotive industry. These applications are exposed to loading conditions, including impact, which results in a complex mechanical response that is vital to accurately predict. This is particularly important for a new generation of thermoplastic-based composites. The model proposed in this work is an invariant-based approach to represent viscous effects in polymer composites. The model developed only requires two viscous parameters to calibrate the viscoelastic behaviour. A good correlation between the simulations and experimental data obtained in off- axis tests in tension and compression is obtained.Postprint (author's final draft

Mesh management methods in finite element simulations of orthodontic tooth movement

In finite element simulations of orthodontic tooth movement, one of the challenges is to represent long term tooth movement. Large deformation of the periodontal ligament and large tooth displacement due to bone remodelling lead to large distortions of the finite element mesh when a Lagrangian formalism is used. We propose in this work to use an Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formalism to delay remeshing operations. A large tooth displacement is obtained including effect of remodelling without the need of remeshing steps but keeping a good-quality mesh. Very large deformations in soft tissues such as the periodontal ligament is obtained using a combination of the ALE formalism used continuously and a remeshing algorithm used when needed. This work demonstrates that the ALE formalism is a very efficient way to delay remeshing operations

Comparison of Data Transfer Methods between two different meshes

Many problems solved with the finite element method require more than one mesh (i.e. one specific mesh for each Physic or a remeshing is needed). The Data Transfer Method used, has a great importance in the capacity to solve the problem and in the reliability of the solution. In general, the data is composed of two kinds of fields (defined thanks to the nodal values or at the integration points). In this paper, the more used Data Transfer Method is compared with the Data Transfer Methods based on a Weak Form (using Mortar Element or Finite Volume).the STIRHETAL project (WINNOMAT program, convention number 0716690

Comparison of Data Transfer Methods between Meshes in the Frame of the Arbitrary Lagrangian Eulerien Formalism

In nonlinear solid Mechanics, the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formalism is a common way to avoid mesh distortion when very large deformations occur in the modelled process. Usually, the ALE resolution procedure is based on an “operator split”, the second part of which is a Data Transfer between two meshes sharing the same topology (same number of nodes and same number of element neighbours for each of them). Thanks to this interesting property, classical ALE transfer algorithms can bemuchmore optimised in terms of CPU time than the ones that are used in the frame of a complete remeshing. However, the resulting CPU-efficient transfer schemes suffer from two main drawbacks. The first one is a spurious crosswind diffusion coming from the corner fluxes that have been neglected. The second issue is the number of explicit transfer steps which may become very large when the element size decreases. In this paper, these classical ALE Data Transfer methods are compared to more general algorithms which do not make any assumption on the topology of both meshes.the STIRHETAL project (WINNOMAT program, convention number 0716690

Résolution du problème de contact mécanique frottant : méthode du lagrangien augmenté adapté

Cet article présente une nouvelle méthode de résolution du problème de contact mécanique frottant, celle du lagrangien augmenté adapté. Contrairement aux méthodes les plus utilisées (pénalisation et lagrangien augmenté), l’utilisateur ne doit pas déterminer les valeurs des coefficients de pénalisation. Cette méthode est performante aussi bien avec des matériaux élastiques qu’élasto-plastiques. Le problème de Hertz est présenté. Cette méthode est au si utilisée dans le contexte multi-physique

Modelling and resolution of the mechanical contact problem and application in multi-physical context

Le contact mécanique est le problème de mécanique des solides qui présente les non-linéarités les plus difficiles à prendre en compte. La bonne résolution numérique de ce problème est fortement perturbée par la non-linéarité et la non-différentiabilité des équations régissant le contact mécanique frottant (collement-décollement et amorce du glissement). Encore aujourd'hui, il n'existe pas de méthode permettant de résoudre le problème de contact frottant de manière universelle. Ce travail porte donc sur l'élaboration de méthodes permettant de résoudre le plus grand nombre de types de problème de contact frottant. II peut être décomposé en deux parties. La première partie porte sur la formation du système d'équations et l'algorithme de résolution. Les méthodes les plus utilisées sont celles de pénalisation et du lagrangien augmenté. Bien que très simples, ces méthodes sont assez difficiles à utiliser en raison de la difficulté d'identification des valeurs des coefficients de pénalisation (normale et tangentielle). Afin de pallier les carences de ces méthodes, une nouvelle approche est proposée, celle dite du « lagrangien augmenté adapté ». Cette nouvelle méthode est basée sur celle du lagrangien augmenté jumelée à une adaptation de la pénalité. Elle présente l'avantage de ne plus obliger l'utilisateur à choisir des coefficients de pénalisation. De plus, elle cumule la rapidité de l'adaptation de la pénalité et la fiabilité de la méthode du lagrangien augmenté. La deuxième partie porte sur la prise en compte du contact sous une discrétisation spatiale. La méthode la plus utilisée est la méthode « point-surface ». Le contact est calculé pour chacun des points d'une des surfaces avec l'autre surface. Cette méthode présente de nombreuses limites, notamment au niveau de la représentativité et de la régularité de la solution lorsque les deux surfaces sont déformables et irrégulières. Une autre méthode fait l'objet d'intense recherche, la méthode « surface-surface »basée sur les éléments joints. Le contact est calculé pour chaque noeud d'une des surface en fonction des deux surfaces ce qui rend la solution plus régulière et plus représentative. Cependant, les complications induites par cette méthode ne permettent pas de résoudre les problèmes en trois dimensions. Une variante de cette méthode est donc présentée afin de pouvoir être utilisée pour les problèmes en deux ou trois dimensions. Toutes ces méthodes sont testées sur des problèmes académiques simples et également sur des problèmes industriels multiphysiques.The mechanical contact is the problem of solids mechanics that presents the most difficult nonlinearity. The good resolution of the frictional contact problem is disrupted by the noniineaxity and the non differentiability of the contact's equations (stick/unstick and the initiation of sliding). Until now, no method could be used to resolve all contact problems. This work is focused on the methods of calculation of the mechanical contact in a more general way. It could be separated in two parts. The first one concerns the creation of the systems of equations and the algorithm of resolution. The methods more used are the Penalty Method and Lagrangian Augmented Method. Although these methods are simple, they are very difficult to use because the choice of the value of penalty coefficients (normal and tangential). For this reason, a new method, the "Lagrangian Augmented Adapted Method" is proposed. This new method is based on the Lagrangian Augmented Method and on the adaptation of the penalty coefficients. With it, the user does not need to choose the value of penalty coefficients. In addition, this method has the speed of the Penalty Method and the reliability of the Lagrangian Augmented Method. The second part of this work deals with the calculation of the mechanical contact under a spatial disctretization. The method more used is the "Point-Surface" Method. The contact is calculated between every point of one surface and the other surface. This method has many limits, as the representativeness and the regularity of the solution when the boundaries are deformable and irregular. Many researches are done on another method, the "Surface-Surface" Method based on the Mortar Element Method. The mechanical contact is calculated on each node of one surface in function of the two surfaces. With this method the solution is more regular and reliable. But the calculation of the mechanical contact is more difficult, so it can not be used to the three dimensional problems. An adaptation of this method has been proposed to the two and three dimensional problems. All these methods are tested on some academics and industrials multi-physical problems

Modélisation et résolution du problème de contact mécanique et son application dans un contexte multi-physiques

Le contact mécanique est le problème de mécanique des solides qui présente les non-linéarités les plus difficiles à prendre en compte. La bonne résolution numérique de ce problème est fortement perturbée par la non-linéarité et la non-différentiabilité des équations régissant le contact mécanique frottant (collement-décollement et amorce du glissement). Encore aujourd'hui, il n'existe pas de méthode permettant de résoudre le problème de contact frottant de manière universelle. Ce travail porte donc sur l'élaboration de méthodes permettant de résoudre le plus grand nombre de types de problème de contact frottant. II peut être décomposé en deux parties. La première partie porte sur la formation du système d'équations et l'algorithme de résolution. Les méthodes les plus utilisées sont celles de pénalisation et du lagrangien augmenté. Bien que très simple, ces méthodes sont assez difficiles à utiliser en raison de la difficulté d'identification des valeurs des coefficients de pénalisation (normale et tangentielle). Afin de pallier les carences de ces méthodes, une nouvelle approche est proposée, celle dite du « lagrangien augmenté adapté ». Cette nouvelle méthode est basée sur celle du lagrangien augmenté jumelée à une adaptation de la pénalité. Elle présente l'avantage de ne plus obliger l'utilisateur à choisir des coefficients de pénalisation. De plus, elle cumule la rapidité de l'adaptation de la pénalité et la fiabilité de la méthode du lagrangien augmenté. La deuxième partie porte sur la prise en compte du contact sous une discrétisation spatiale. La méthode la plus utilisée est la méthode « point-surface ». Le contact est calculé pour chacun des points d'une des surfaces avec l'autre surface. Cette méthode présente de nombreuses limites, notamment au niveau de la représentativité et de la régularité de la solution lorsque les deux surfaces sont déformables et irrégulières. Une autre méthode fait l'objet d'intense recherche, la méthode « surface-surface »basée sur les éléments joints. Le contact est calculé pour chaque noeud d'une des surface en fonction des deux surfaces ce qui rend la solution plus régulière et plus représentative. Cependant, les complications induites par cette méthode ne permettent pas de résoudre les problèmes en trois dimensions. Une variante de cette méthode est donc présentée afin de pouvoir être utilisée pour les problèmes en deux ou trois dimensions. Toutes ces méthodes sont testées sur des problèmes académiques simples et également sur des problèmes industriels multi-physiques

Etudes structurales de la polymérase du virus de l'hépatite c

L infection chronique par le Virus de l Hépatite C (VHC) est à l origine de la majorité des cirrhoses et cancers du foie. Les polymérases sont des cibles privilégiées pour des molécules antivirales. Tout d'abord, nous avons développé une méthode de recherche de nouveaux inhibiteurs à faible coût par criblage in silico. Puis, en absence de données structurales sur le complexe de réplication, j'ai construit des modèles, outils cruciaux pour la compréhension de données biochimiques. De plus, j'ai mis au point un protocole de cristallisation aboutissant à la résolution de la structure de la polymérase du VHC (VHCpol). Ceci constitue la base de l'obtention de structures de complexes avec des inhibiteurs ou substrats. En parallèle, nous avons mené la première étude structurale de VHCpol en solution par l'utilisation combinée du SAXS, de la cristallographie et de l'analyse des modes normaux. Ainsi, nous avons montré l'état dimérique et la flexibilité de VHCpol en solution au niveau atomique.The Hepatitis C virus (HCV) infection is responsible of acute and chronic hepatitis that may lead to cirrhosis and liver cancer. The HCV polymerase (HCV-pol) is an important target for antiviral therapies. First, we develop a screening method to search new inhibitors. Then, in absence of structural data on the replication complex, we report 3D models that are important for the interpretation of biochemical data. Moreover, I develop a crystallization protocol leading to the resolution of HCV-pol structure. It constitutes the base to obtain complexes structures with substrates or inhibitors. In parallel, we carry through the first structural analysis of HCV-pol in solution, using Small Angle X-ray Scattering (SAXS) in combination with X-ray crystallography and Normal Mode Analysis. We could thus assess the dimeric state, the conformation and the flexibility of HCV-pol at the atomic scale and propose a structural model of HCV-pol in solution.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF