CE46 - Modèles numériques, simulation, applications

Optimisation de conception par structures lacunaires multiéchelles – ITERATE

Résumé de soumission

Économiser de l'énergie par gain de masse, tout en conservant les propriétés mécaniques escomptées est un défi technologique crucial pour les industries. Dans ce contexte, nous proposons une nouvelle solution de conception de pièces, soumises à un ensemble de contraintes mécaniques et/ou thermiques. Cette solution exploite des matériaux dont la structure lacunaire est multi-échelle et issue de la géométrie fractale. Ces structures, présentes dans la nature, sont souvent le résultat de processus de sélection naturelle amenant à des solutions optimales. Des structures arborescentes similaires apparaissent lors de processus d'optimisation topologique, comme par exemple pour la conception de structures d'ailes d'avion, ou dans le cas de problèmes contraints.
L'objectif de ce projet est de mettre au point une méthode d'optimisation topologique en utilisant des structures lacunaires multi-échelles. Pour ce projet nous nous focalisons sur les propriétés mécaniques et thermiques des objets. Notre méthode sera appliquée à trois exemples spécifiques issus de cas réels. La validation du concept se fera, d'une part, par comparaison des résultats de simulation numérique de notre méthode avec ceux des approches classiques, et d'autre part, par fabrication des structures optimisées et réalisation de tests physiques.
Résultats attendus
Ce projet, bien que très ciblé de par les prototypes choisis, traite de problématiques à la fois théoriques, méthodologiques, et expérimentales. Cette approche verticale nous garantit d'aborder les éléments théoriques et méthodologiques en tenant compte d'objectifs applicatifs.
Ainsi, les résultats attendus sont de différentes natures.
Tout d'abord d'un point de vue pratique, nous espérons pouvoir proposer de nouvelles structures avec un gain de matière allant de 40% à 70%. Nous pensons également obtenir un "meilleur comportement" des prototypes en comparaison des résultats d'optimisation classique, face à des sollicitations non initialement prévues, telles que : les contraintes mécaniques complémentaires ; les sollicitations extrêmes (destructions) ; l'isolation acoustique et thermique. Pour les outillages de mise en forme par injection, nous espérons réduire significativement le temps de mise en régime (gain en temps de production et en énergie).
D'un point de vue méthodologique, ce projet enrichira nos connaissances sur les propriétés des structures multi-échelles. Cela nous permettra d'identifier des cas d'exploitations ou des situations standard dans lesquelles nous pourrons proposer directement des géométries prédéfinies efficientes sans devoir passer par des phases d'optimisation. D'autre part, l'objectif de ce projet est lié à l'exploitation d'un ensemble d'outils : modeleur géométrique itératif, méthode d'homogénéisation, algorithme d'optimisation. L'expérience acquise par la mise au point de ces outils et de leur interopérabilité permettra de développer et de proposer de nouvelles approches de résolution de problèmes de conception. Cette connaissance pourra être capitalisée sous forme de service d'ingénierie ou directement dans une suite logicielle d’Ingénierie Assistée par Ordinateur (IAO).
Enfin, d'un point de vue théorique, nous attendons plusieurs résultats. Nous proposons de mettre au point une méthode d'homogénéisation pour les structures lacunaires multi-échelles exploitant la propriété d'invariance par changement d'échelle. Ces résultats permettront un gain en temps de calcul important pour les phases d'optimisation. Le modèle géométrique, utilisé actuellement pour décrire et manipuler les formes lacunaires multi-échelles, sera étendu pour faire face à : l'intégration et la résolution des contraintes de fabrication additive; la définition et la résolution de contraintes différentielles sur les structures ; l'analyse des subdivisions de l'espace pour la génération de nouvelles structures lacunaires multi-échelles ; la construction de raccord entre des structures multi-échelles incompatibles

Coordination du projet

Christian GENTIL (Laboratoire d'Informatique de Bourgogne - EA 7534)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ALTAIR ALTAIR ENGINEERING FRANCE
IPC CTI PLASTURGIE ET COMPOSITES
LIB - EA Laboratoire d'Informatique de Bourgogne - EA 7534
ARMINES CdM ARMINES

Aide de l'ANR 653 083 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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