Soutenance de thèse de Rémy Gérard

4 juillet 2022

Rémy Gérard soutient sa thèse de doctorat en Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et Données le 4 juillet 22

Transfert thermique par rayonnement rapide et flexible pour des applications au frittage

Rémy Gérard a réalisé sa thèse dans l'équipe CFL. Sa soutenance aura lieu le 4 juillet 2022 devant le jury suivant :

– M. Joan Baiges Aznar, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelone

– M. Charbel Abchi, Université Notre Dame, Liban

– M. Assaad, Mines Paris – Centre Efficacité énergétique des Systèmes

– Mme Mireille Bossy, INRIA

– M. Elie Hachem, Mines Paris, CEMEF

– M. Aurélien Larcher, Mines Paris, CEMEF

Résumé :

Une modélisation soigneuse des transferts thermiques par rayonnement est importante pour simuler correctement un grand nombre de processus industriels. Cette thèse se concentre sur la modélisation du transfert thermique par rayonnement sous certaines hypothèses: matériaux gris et homogènes, milieu non participant. Dans ce cadre, l'approche Surface to Surface a été retenue car elle permet une modélisation souple et précise de ces échanges. Nous utilisons un maillage immergé pour définir implicitement les surfaces rayonnantes par leur fonction levelset. Nous couplons le transfert radiatif avec les autres formes de transfert thermique dans une modélisation éléments finis P1. Après avoir validé notre approche sur des cas analytiques simples, nous accélérons le calcul de l'obstruction par la méthode du lancer de rayons. A cette fin, nous ordonnons les facettes rayonnantes dans un kd-tree. Pour conclure, nous montrons la capacité de montée en échelle de notre solveur en calcul parallèle et nous établissons des simulations de refroidissement de processus industriels réels.

Rayonnement thermique entre deux cubes séparés par du vide

Mots-clés : Radiation thermique, S2S, Eléments Finis, Arbre kd, Maillage immergé, Lancer de rayon

Soutenance de thèse de Mohamed Mahmoud

30 juin 2022

Mohamed Mahmoud soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 30 juin 22.

Un modèle 3D de calcul multi-physique pour les procédés de formage de tôles minces : application aux procédés d'emboutissage profond et de formage par impulsions magnétiques.

Mohamed Mahmoud a fait sa thèse dans l'équipe CSM sous la direction de François Bay et Daniel Pino Munoz. Il soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux" le 30 juin 22 devant le jury suivant :

– Prof. Diego Celentano, Pontificia Universidad Católica de Chile

– MC Tudor Balan, ENSAM Metz

– Prof. Guillaume Racineux, Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique – UMR6183, Ecole Centrale Nantes

– IR Christine Beraudo, Transvalor

Résumé :

Le but de ce travail est le développement d'un outil de calcul 3D efficace pour la modélisation des processus de formage de tôles minces à l'aide de techniques avancées de remaillage et de calculs parallèles.

L'un des principaux sujets réside dans l'implémentation d'un algorithme de division de prisme et d'une formulation d'éléments prismatiques en coque solide dans le logiciel FORGE3 à base de tétraèdres. Un algorithme de partitionnement a été adapté afin de permettre le calcul sur mémoire distribuée.

Les méthodologies proposées offrent un outil numérique capable de gérer diverses applications de formage de tôle telles que : (1). Problème de flexion cylindrique sans contrainte pour une déformation plastique de structure mince ; (2). Processus d'emboutissage profond dans lequel le comportement plastique anisotrope de la tôle devient plus important et affecte la précision du « Earing Profiles » ; (3) Traitement de formage électromagnétique avec le processus de formage direct et indirect qui est une application directe de l'interaction multi-physique entre le solveur mécanique et le solveur électromagnétique.

Des comparaisons avec des formulations d'éléments finis mixtes standard ont été effectuées et montrent la supériorité des éléments à coque solide pour la plupart des processus de formage de tôles minces avec des effets de flexion élevés dominants. Ces calculs permettent également une grande réduction du temps de calcul tout en conservant une grande précision. De plus, une nouvelle stratégie de remaillage permettant au remailleur tétraédrique de générer des maillages compatibles avec les prismes pour le nouvel élément a été développée et ouvrira la voie à d'autres applications de formage de tôle.

Mots-clés : Éléments finis solide-coque, sous-intégration, plasticité anisotrope, tôle minces, formage électromagnétique, emboutissage profond

Soutenance de thèse d’Hassan Ghraieb

24 juin 2022

Hassan Ghraieb soutient sa thèse de doctorat en Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et Données le 24 juin 22.

Sur le couplage de l'apprentissage par renforcement profond et de la mécanique des fluides numérique

Hassan Ghraieb a effectué sa thèse dans l'équipe CFL. Sa soutenance aura lieu le 24 juin 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Ramon Codina, Université Polytechnique de Catalogne, Espagne, rapporteur

– Prof. Anil Anthony Bharath, Imperial College, Londres, U.K., rapporteur

– Dr. Nissrine Akkari, SafranTech, examinateur

– Dr. Anca Bleme, Sorbonne Université, examinateur

– Prof. Elie Hachem, CEMEF Mines Paris, Directeur de thèse

– Dr. Philippe Meliga, CEMEF Mines Paris, Co-encadrant de thèse

– IR Jonathan Viquerat, CEMEF Mines Paris, Maître de thèse

Résumé :

Cette thèse évalue la pertinence des techniques d'apprentissage par renforcement profond (DRL) pour le contrôle optimal en mécaniques des fluides. L'apprentissage par renforcement (RL) est le processus par lequel un agent apprend par essai et erreur les actions à prendre de façon à optimiser une récompense quantitative au cours du temps. Dans un contexte d'apprentissage par renforcement profond (deep RL ou DRL), l'agent est un réseau de neurones profond imitant les circuits formés par les neurones du cerveau humain. Le couplage entre algorithmes DRL et les codes de mécanique des fluides numérique (CFD) à la pointe de l'état de l'art, ainsi que leur implémentation dans un contexte de calcul haute performance, constituent les nouveautés et l'objectif principal de la thèse. L'environnement CFD utilisé pour calculer la récompense fournie au DRL est basé sur la méthode des éléments finis stabilisés multi-échelles de type Variational Multiscale (VMS), dans laquelle la solution est décomposée a priori en une grande échelle résolue et une petite échelle modélisée au travers de termes sources proportionnels aux résidus des équations du problème grande échelle. En ce qui concerne les algorithmes DRL, deux approches différentes sont considérées. La première, dans laquelle l'agent interagit avec son environnement une fois par épisode dans le but d'apprendre le mapping d'un état d'entrée constant à une action optimale (single-step DRL), vise les problèmes de contrôle en boucle ouverte, dans lesquels une quantité est optimisée via des paramètres d'actuation pré-définis (par exemple, une vitesse d'entrée constante). La seconde, dans laquelle l'agent interagit plusieurs fois par épisode afin d'apprendre une relation état-action plus complexe (multi-step DRL), est plus pertinente pour les problèmes de contrôle en boucle fermée, où des mesures de l'écoulement sont utilisées afin d'ajuster en permanence les paramètres d'actuation. Plusieurs cas-tests en deux et trois dimensions (en régime d'écoulement laminaire et turbulent) sont présentés afin d'évaluer la pertinence, la précision et les performances de ces méthodes, en particulier pour les problèmes de réduction de traînée et de contrôle thermique. Les résultats obtenus soulignent le potentiel élevé de l'approche DRL-CFD devraient permettre d'accélérer le développement du DRL et son application à des problématiques concrètes d'intérêt industriel.

Mots-clés : Apprentissage par Renforcement Profond, Réseaux de neurones, Mécanique des fluides numérique, Eléments finis stabilisés VMS, Contrôle d’écoulements, Contrôle thermique

Soutenance de thèse de Mehdi Roula

20 mai 2022

Ahmed Mehdi Roula soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 20 mai 22.

Mise en forme de tôles par procédé de fluotournage: vers une meilleure maitrise des géométries fluotournées

Ahmed Mehdi Roula a réalisé sa thèse dans l'équipe CSM. Il soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux", sous réserve de l'accord des rapporteurs, le 20 mai 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Pascale Balland, Université Savoie Mont Blanc, rapporteur

– Prof. Carl Labergere, UTT, rapporteur

– Prof. Régis Bigot, ENSAM Metz, examinateur

– Prof. Katia Mocellin, Mines Paris, examinateur

– Prof. Pierre-Olivier Bouchard, Mines Paris, examinateur

Résumé :

Les travaux de cette thèse portent sur l’étude du procédé de fluotournage de tôles. Ce procédé de mise en forme permet d’atteindre de très grandes déformations plastiques grâce à l’action compressive et incrémentale de la molette. Néanmoins, le manque de maitrise des géométries fluotournées constitue le principal défaut du procédé et la motivation majeure de ces travaux. Dans un premier temps, un modèle numérique de fluotournage de tôles est établi sur le logiciel éléments finis FORGE®. Plusieurs essais de caractérisation mécanique judicieusement choisis associés à des lois de comportement adaptées aux conditions du fluotournage enrichissent le modèle numérique via une meilleure description du comportement. Dans un deuxième temps, le modèle numérique est exploité afin de comprendre l’écoulement complexe de la matière durant la mise en forme, et d’expliquer les raisons de l’apparition des défauts. Enfin, des solutions viables sont proposées et mises en place afin de maitriser les géométries fluotournées pour une large gamme de taux de réduction d’épaisseurs. Le modèle numérique est également utilisé pour prédire la formabilité du matériau étudié pour le procédé de fluotournage.

Mots-clés : Fluotournage de tôles, amincissement, caractérisation mécanique, modélisation par éléments finis, procédés incrémentaux

Soutenance de thèse d’Ichrak Rahmoun

19 mai 2022

Ichrak Rahmoun soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 19 mai 22.

Modélisation Thermomécanique des procédés de fabrication de modules photovoltaïques

Ichrak Rahmoun a effectué sa thèse dans les équipes MPI et CSM en collaboration avec le CEA. Elle soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux" le 19 mai 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Veronica Bermudez, Qatar Environment and Energy Research Institute, rapporteur

– Prof. Cyrille Sollogoub, CNAM, rapporteur

– Prof. Corinne Alonso, Université de Toulouse Paul Sabatier III, examinateur

– Prof. Fabrice Schmidt, Mines Albi, examinateur

– Prof. Jean-Luc Bouvard, Mines Paris, examinateur

– Prof. Pierre-Olivier Bouchard, Mines Paris, examinateur

– IR Aude Derrier, CEA Liten, examinateur

Résumé :

Les modules photovoltaïques (PV) sont constitués de couches photovoltaïques actives (Silicium, passivation), de couches d'encapsulation protectrice (polymères) et de plaques de verre. La performance et la durée de vie des modules PV dépendent en partie de leur capacité à résister à différentes contraintes environnementales, liées aux phénomènes thermomécaniques, physiques, chimiques et/ou électriques. Dans le cadre de ce travail, nous nous intéresserons plus particulièrement aux contraintes résiduelles induites lors de la fabrication. Celle-ci comporte l'interconnexion électrique entre les cellules PV du module, par soudage ou collage de lignes conductrices, et l'encapsulation protectrice par des couches de polymères et de verre par le procédé de lamination (pressage à chaud). Ces contraintes résiduelles peuvent être à l'origine de défaillances observées sur les modules (délamination, fissure des cellules, rupture d'interconnexions…etc.), soit dès la fabrication soit, en s'ajoutant aux contraintes de service, au cours de la vie des modules PV. L'enjeu de ce travail de thèse sera de modéliser les procédés d'encapsulation et d'interconnexion des cellules afin de mieux comprendre leur influence sur les principales défaillances observées sur les modules.

Mots-clés : Module photovoltaïque, procédé de lamination, procédé d’interconnexion, modélisation thermomécanique, contraintes résiduelles

Soutenance de thèse de Marie-Anne Vidal

4 mai 2022

Marie-Anne Vidal soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 4 mai 22.

Etude du fluotournage inverse de tubes : élaboration d'un protocole d'analyse expérimentale et numérique

Marie-Anne Vidal a réalisé sa thèse dans l'équipe CSM sous la direction de Katia Mocellin et Pierre-Olivier Bouchard. Elle soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux", sous réserve de l'accord des rapporteurs, le 4 mai 2022 devant le jury suivant :

– Tudor Balan ENSAM Metz, rapporteur

– Sébastien Thibaud, ENSMM Besançon, rapporteur

– Elisabeth Massoni, Mines Paris CEMEF, examinateur

– Laurent Dubar, Université polytechnique des Hauts de France, examinateur

– Dorian Depriester, ENSAM Aix en Provence, examinateur

– François Frascati, MBDA, invité

Résumé :

Le fluotournage est un procédé de mise en forme incrémental qui permet d’amincir des tubes sans perte de matière tout en améliorant leurs caractéristiques mécaniques finales par écrouissage. L’objectif de ces travaux s’inscrit dans la démarche de MBDA de mettre au point un protocole d’étude sur l’alliage d’aluminium 6061 afin de prédire l’endommagement du tube lors de la mise en forme, puis de tester ce protocole sur un matériau hautes performances (MHP).

Dans un premier temps, des campagnes de fluotournage sur un fluotour industriel chez MBDA ainsi que sur un banc semi-industriel au CEMEF ont été réalisées afin de déterminer l’influence des paramètres du procédé sur la fluotournabilité (vitesses, taux de réduction, épaisseur initiale, nombre de passes…). Une campagne de caractérisation du comportement en compression, traction et torsion a été menée afin d’identifier les paramètres d’une loi à intégrer dans le logiciel FORGE® qui servira à simuler le procédé de fluotournage.

La mise en données dans FORGE® est cruciale pour trouver un compromis entre des temps de calcul très longs et la précision des résultats. Ces résultats des simulations de fluotournage (géométrie finale de tube, efforts sur les outils, incidence de la rupture) ont alors été comparés aux essais expérimentaux correspondants. La comparaison a montré que les géométries simulées étaient en bonne adéquation avec celles relevées expérimentalement mais une différence sur les efforts a été relevée. Les critères de rupture utilisés se basent sur la première contrainte principale (Latham et Cockcroft), la première et la deuxième contraintes principales (McClintock), la triaxialité des contraintes (Oyane) et le cisaillement maximal.

Pour finir, le protocole a été simplifié sur la base des résultats de l’aluminium 6061 et transposé sur le MHP afin d’en tester les limites. Bien qu’aucun cas de rupture n’ait été rapporté lors des campagnes de fluotournage sur ce matériau, les efforts sur les outils et les géométries finales ont montré une bonne corrélation entre simulation et expérience.

Mots-clés : comportement, endommagement, modélisation, fluotournage