Anisotropic behaviour law for sheets used in stamping: A comparative study of steel and aluminium

For a car manufacturer, reducing the weight of vehicles is an obvious aim. Replacing steel by aluminium moves towards that goal. Unfortunately, aluminium's stamping numerical simulation results are not yet as reliable as those of steel. Punch-strength and spring-back phenomena are not correctly described. This study on aluminium validates the behaviour law Hill 48 quadratic yield criterion with both isotropic and kinematic hardening. It is based on the yield surface and on associated experimental tests (uniaxial test, plane tensile test, plane compression and tensile shearing)

Simulation numérique du système cardiovasculaire

Les progrès réalisés en mathématiques appliquées permettent aujourd’hui d’envisager la simulation sur ordinateur de certains compartiments du système cardiovasculaire. Nous proposons de faire un point sur quelques modèles, en nous focalisant sur la simulation de l’écoulement du sang dans des artères déformables et sur la simulation de la contraction du myocarde sous l’effet de la propagation d’un signal électrique. Nous tentons également de présenter des applications possibles de ce type de travaux.In this article, we aim at giving a non-technical overview of some mathematical models currently used in the numerical simulation of the cardiovascular system. A hierarchy of models for blood flows in large arteries is briefly described as well as an electromechanical model for the heart. We discuss some possible applications of the numerical simulations of such models, for example the optimization of prostheses. We also address the issue of the data assimilation for the calibration of the models

Integration of 3D geological and numerical models based on tetrahedral meshes for hydrogeological simulations in fractured porous media

Une nouvelle approche de modélisation des milieux géologiques fracturés représentés par un modèle conceptuel de fractures discrètes et déterministes est présentée dans cette thèse. L'objectif principal de l'étude est de reproduire l'hétérogénéité et la complexité des milieux poreux fracturés dans un modèle géométrique tridimensionnel afin d'effectuer des simulations numériques dans le but d'améliorer les capacités de modélisation en hydrogéologie. Ceci est réalisé à travers le couplage entre une plateforme de modélisation géologique (GOCAD) et un code numérique (HydroGeoSphere). Les principaux défis à relever sont: la représentation géométrique du réseau de fractures, la sélection d'un maillage approprié pour la discrétisation spatiale du domaine de simulation et l'adaptation du code numérique à ce maillage. La nouvelle approche est basée sur une première phase de modélisation géologique 3D, suivie par la génération d'un maillage tétraédrique 3D et par la simulation numérique de l'écoulement souterrain en conditions saturées et du transport de solutés. En général, le maillage tétraédrique s'avère plus adéquat que les maillages de blocs ou de prismes pour discrétiser les geometries complexes telles que les milieux fracturés. De plus, une définition alternative du maillage "dual", qui est essentiel pour appliquer la méthode numérique élément finis - volume de contrôle utilisée par HydroGeoSphere, est analysée et intégrée dans le code numérique. Le code numérique proposé est d'abord vérifié par l'intermédiaire de simples scénarios de simulation dont les solutions, analytiques et numériques, sont déjà connues. La complexité des simulations est augmentée de façon graduelle. L'approche de modélisation est finalement appliquée au site Olkiluoto (Finlande) où un laboratoire de recherche souterrain est en construction afin d'évaluer la faisabilité du stockage géologique profond de déchets nucléaires à haute activité. Les techniques de modélisation géologique mises au point permettent de modéliser facilement la géométrie des fractures identifiées à travers la caractérisation géologique in situ. De plus, le modèle numérique s'avère adéquat pour la simulation de l'écoulement et du transport de solutés dans ce site complexe. Ce travail de recherche présente une contribution au développement des techniques de modélisation hydrogéologique des milieux fracturés

Numerical modelling in support of a conceptual model for groundwater flow and geochemical evolution in the southern Outaouais Region, Quebec, Canada

A two-dimensional vertical-section numerical model for groundwater flow and transport using age, tritium and chloride was used to help validate a conceptual model of geochemical evolution within a representative regional-scale hydrogeological system in the Outaouais Region, Quebec, Canada. The flow system includes up to 30 m of Quaternary sediments and marine clays overlying fractured silicate rock of the Canadian Shield. Calibration of the regional flow model using observed piezometric levels and tritium concentrations showed that shallow groundwater flow is dominated by local flow systems limited to 30–40 m depth, 1–5 km long, and with groundwater residence times of 10–50 years. Intermediate systems, on the order of 5–15 km long, are less extensive than initially thought and are characterised by maximum depths of about 100 m and residence times of 200–6000 years. A model-calibrated hydraulic conductivity of 8 × 10−5 m.s−1 was required in the upper 50 m of the fractured bedrock. The active flow zone was inferred to extend to depths of about 100–150 m, with any deeper regional flow essentially negligible. Differences between tritium-based ages and simulated mean residence times were attributed to mixing of groundwater in open boreholes. Concentrations of 4He could be explained by diffusive transport from deeper and older groundwater, exacerbated by sampling. With new insight from the numerical modelling, the conceptual flow model has been updated to now include only a weak component of regional flow combined with significant local- and intermediate-scale flow systems connected to the upper fractured bedrock. The simulated flow system is also consistent with the geochemical evolution of the region, which is dominated by young Ca-HCO3-type waters in the unconfined aquifer and by older Cl− signatures from the remnant Champlain Sea seawater

Rigorous Multicomponent Reactive Separations Modelling : Complete Consideration of Reaction-Diffusion Phenomena

This paper gives the first step of the development of a rigorous multicomponent reactive separation model. Such a model is highly essential to further the optimization of acid gases removal plants (CO2 capture, gas treating, etc.) in terms of size and energy consumption, since chemical solvents are conventionally used.Firstly, two main modelling approaches are presented: the equilibrium-based and the rate-based approaches. Secondly, an extended rate-based model with rigorous modelling methodology for diffusion-reaction phenomena is proposed. The film theory and the generalized Maxwell-Stefan equations are used in order to characterize multicomponent interactions. The complete chain of chemical reactions is taken into account. The reactions can be kinetically controlled or at chemical equilibrium, and they are considered for both liquid film and liquid bulk. Thirdly, the method of numerical resolution is described. Coupling the generalized Maxwell-Stefan equations with chemical equilibrium equations leads to a highly non-linear Differential-Algebraic Equations system known as DAE index 3. The set of equations is discretized with finite-differences as its integration by Gear method is complex. The resulting algebraic system is resolved by the Newton- Raphson method. Finally, the present model and the associated methods of numerical resolution are validated for the example of esterification of methanol. This archetype non-electrolytic system permits an interesting analysis of reaction impact on mass transfer, especially near the phase interface. The numerical resolution of the model by Newton-Raphson method gives good results in terms of calculation time and convergence. The simulations show that the impact of reactions at chemical equilibrium and that of kinetically controlled reactions with high kinetics on mass transfer is relatively similar. Moreover, the Fick’s law is less adapted for multicomponent mixtures where some abnormalities such as counter-diffusion take place

Traitement du sol par vibroflottation – Application aux ouvrages de protection du port de DjenDjen, Jijel, Algérie

Soil treatment by vibroflotation is a recent technique for improving soil with poor geo-mechanical properties. In addition, this treatment minimizes the risk of liquefaction and the instability of the caisson. This work allows us to establish a two-dimensional numerical simulation of a real vibroflotation test, based on our model and our hypothesis of modeling this mechanism in finite elements. On the other hand, the work consists in making a two-dimensional numerical study of the stability of the caisson carried out on the treated soil, in order to verify its influence on the stability of the structure. The calculation results will be compared with in-situ measurements to validate the numerical model.Le traitement du sol par vibroflottation est une technique récente permettant l'amélioration d'un sol présentant de médiocres propriétés géo-mécaniques. En outre, ce traitement permet de minimiser le risque de liquéfaction et l’instabilité de caisson. Ce travail permet d’une part d’établir une simulation numérique bi-dimensionnelle d’un essai réel de vibroflottation, basé sur un modèle en éléments finis. d’autre part, le travail consiste à faire une étude numérique bidimensionnelle de la stabilité de caisson réalisé sur le sol traité, afin de vérifier son influence sur la stabilité de l’ouvrage. Les résultats de calcul seront comparés avec les mesures in-situ pour valider le modèle numérique. Le traitement du sol par vibroflottation est une technique récente permettant l'amélioration d'un sol présentant de médiocres propriétés géo-mécaniques. En outre, ce traitement permet de minimiser le risque de liquéfaction et l’instabilité de caisson. Ce travail permet d’une part d’établir une simulation numérique bi-dimensionnelle d’un essai réel de vibroflottation, basé sur un modèle en éléments finis. d’autre part, le travail consiste à faire une étude numérique bidimensionnelle de la stabilité de caisson réalisé sur le sol traité, afin de vérifier son influence sur la stabilité de l’ouvrage. Les résultats de calcul seront comparés avec les mesures in-situ pour valider le modèle numérique.

A design-for-casting integrated approach based on rapid simulation and modulus criterion

This paper presents a new approach to the design of cast components and their associated tools. The current methodology is analysed through a case study and its main disadvantages underlined. Then, in order to overcome these identified drawbacks, a new approach is proposed. Knowing that this approach is mainly based on a rapid simulation of the process, basics of a simplified physical model of solidification are presented as well as an associated modulus criterion. Finally, technical matters for a software prototype regarding the implementation of this Rapid Simulation Approach (RSA) in a CAD environment are detailed

Simulation numérique d'un dispositif de retenue d'enfant

International audienceThe present paper deals with the use of numerical methods in the design project of a child restraint system (CRS). First, the experimental dynamic test of child restraint systems is presented as imposed by the European reglamentation R44/03. Then, a first numerical simulation of the CRS is performed using both an elastostatic mode! and an elastodynamic approach. In order to improve the mode!, we focus on the modelling of the material behaviour (polypropylene). The constitutive equation of glassy polymer developed by Boyce, Parks and Argon is chosen. This mode! superimposes an isotropie resistance that simulates defaults in the molecular chains during shear and an entropie resistance due to the chain alignment induced by deformation. A comparison between explicit and implicit integration methods is performed. This study, which aim is the limitation of CPU time during finite elements analysis, will pave the way for the implementation of the constitutive equation in a commercial code.Le présent article s'intéresse à l'utilisation de la simulation numérique dans la boucle de conception d'un dispositif de retenue d'enfant (DRE). L'essai dynamique expérimental d'homologation de DRE imposé par le règlement européen R44/03 est tout d'abord présenté. Une première simulation numérique de DRE est ensuite réalisée dans un cas élastostatique, puis avec un modèle élastodynamique. Afin d'améliorer le modèle, l'accent est mis sur une modélisation fiable du comportement du matériau utilisé (polypropylène). Le choix se porte sur le modèle de comportement de polymère vitreux développé par Boyce, Parks et Argon. Ce modèle superpose une résistance isotrope simulant l'inclusion de défauts dans les chaînes moléculaires lors du cisaillement et une résistance entropique due à l'alignement de ces chaînes sous l'effet de la déformation, et simulée par un modèle moléculaire. Une comparaison entre intégration explicite et intégration implicite de cette loi de comportement est réalisée, dans le but de limiter les temps de calcul en vue d'une implantation de la loi dans un code de calcul commercial

Locally implicit discontinuous Galerkin method for time domain electromagnetics

In the recent years, there has been an increasing interest in discontinuous Galerkin time domain (DGTD) methods for the solution of the unsteady Maxwell equations modeling electromagnetic wave propagation. One of the main features of DGTD methods is their ability to deal with unstructured meshes which are particularly well suited to the discretization of the geometrical details and heterogeneous media that characterize realistic propagation problems. Such DGTD methods most often rely on explicit time integration schemes and lead to block diagonal mass matrices. However, explicit DGTD methods are also constrained by a stability condition that can be very restrictive on highly refined meshes and when the local approximation relies on high order polynomial interpolation. An implicit time integration scheme is a natural way to obtain a time domain method which is unconditionally stable but at the expense of the inversion of a global linear system at each time step. A more viable approach consists of applying an implicit time integration scheme locally in the refined regions of the mesh while preserving an explicit time scheme in the complementary part, resulting in an hybrid explicit–implicit (or locally implicit) time integration strategy. In this paper, we report on our recent efforts towards the development of such a hybrid explicit–implicit DGTD method for solving the time domain Maxwell equations on unstructured simplicial meshes. Numerical experiments for 3D propagation problems in homogeneous and heterogeneous media illustrate the possibilities of the method for simulations involving locally refined meshes