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(POURVU) Modèle d'ordre réduit pour la mécanique du contact frottant

(POURVU) Modèle d'ordre réduit pour la mécanique du contact frottant

(PROVIDED) Reduced order modeling for contact mechanics involving friction

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

RYCKELYNCK David

Unité de recherche

Centre des Matériaux

Contact
Date de validité

01/10/2020

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Apprentissage automatique, Mathématiques appliquées, Hyper-réductio, Programmation

Machine learning, applied mathematics, hyper-reduction, programming

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la simulation du comportement des combustibles nucléaires de la filière Réacteurs à Eau Pressurisée. Afin d'accélérer le temps de calcul des simulations ALCYONE, nous souhaitons mettre en place des modèles d'ordre réduit pour la simulation du comportement mécanique du crayon combustible. La méthode d'Hyper-Réduction Hybride développée dans le cadre de la thèse de J. Fauque, doit être étendue aux problèmes de contact frottant. Les fortes non linéarités devront être prise en compte dans la sélection de bases réduites adaptée à la configuration en cours d'analyse.

The framework of this PhD thesis is the numerical simulation of the behavior of nuclear fuels in the Pressurized Water Reactor (PWR). In order to accelerate the computational time of ALCYONE simulations, reduced order models have been developped for the simulation of the fuel rod mechanical behaviour. The Hybrid Hyper-Reduction method developed in the framework of J. Fauque's thesis, must be extended to the problems involving sliding contact conditions. Strong non-linearities will have to be taken into account in the selection of reduced bases adapted to the configuration under analysis.

Contexte

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la simulation du comportement des combustibles nucléaires de la filière Réacteurs à Eau Pressurisée ou REP (constituant l'essentiel des réacteurs du parc français) menées au Laboratoire d'Etudes et de Simulation du comportement des Combustibles (LSC) du Département d'Etudes des Combustibles (DEC) du CEA Cadarache (Bouches-du-Rhône). Le logiciel ALCYONE, développée au sein de la plate-forme PLEIADES [1] en collaboration avec EDF et Framatome, s'intéresse à la simulation d'un crayon combustible REP. Le schéma de calcul d'ALCYONE s'appuie sur un couplage multi-physique de point fixe entre les différents modèles (neutronique, thermique, mécanique, physico-chimie,...) intervenant dans la simulation du comportement du combustible. L'essentiel du temps CPU d'un calcul ALCYONE est consommé par la résolution mécanique non-linéaire effectuée via le solveur éléments finis Cast3m [2] développé également au CEA.

Encadrement

Directeur de thèse : David RYCKELYNCK - Centre des Matériaux

Profil candidat

Ingénieur et/ou Master recherche - Le candidat devra avoir des connaissances en méthodes numériques, mécaniques des solides et informatique. Il devra être rigoureux et aimer le travail collaboratif.

Pour postuler :
Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicantÂ's motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Résultat attendu

La méthode d'Hyper-Réduction Hybride complète sera implémentée et testée sur des cas tests de la base de validation du logiciel ALCYONE. Des outils basés sur des plans d'expérience pourront être étudiés afin de créer de façon optimale la base réduite à partir de l'ensemble des résultats de la base de validation.

Objectif

Afin d'accélérer le temps de calcul des simulations ALCYONE, nous souhaitons mettre en place des modèles d'ordre réduit [3] pour la simulation du comportement mécanique du crayon combustible. Ces modèles consistent à trouver une base réduite représentative de la solution éléments finis à partir d'une décomposition en valeurs singulières de solution éléments finis de référence à divers instants de l'historique [4].
Il s'agit ici en particulier de proposer une méthode de réduction d'ordre de modèle pour la mécanique du contact avec frottement et non-linéarités matérielles.?La méthode d'Hyper-Réduction Hybride développée dans le cadre de la thèse de J. Fauque [5] est une méthode de réduction d'ordre de modèle efficace pour la mécanique du contact sans frottement. Elle est basée sur la notion de domaine d'intégration réduit [6] permettant aussi de limiter le nombre d'inconnues non primales (force de contact, contraintes,...) à résoudre. Les résultats obtenus sont très prometteurs en termes de précision, temps de calculs et espace mémoire utilisés. Cependant, le traitement du contact doit se faire par un algorithme de type nœud à nœud ce qui limite les géométries et déplacements pouvant être traités.
Par ailleurs, le cas du contact avec non linéarités matérielles, également traité dans cette thèse, reste à approfondir notamment en terme de performance.?L'objectif de ce travail de thèse consiste donc à étendre la méthode d'Hyper-Réduction Hybride au traitement du contact pour des géométries et matériaux complexes ainsi qu'au contact avec frottement. Le modèle obtenu sera testé in fine dans le logiciel ALCYONE.

Références

[1] B. Michel, C. Nonon, J. Sercombe, F. Michel and V. Marelle. “Simulation of pellet-cladding interaction with the PLEIADES fuel performance software environment “, Nuclear Technology, volume 182, 2013.?
[2] Cast3m, site web, http://www-cast3m.cea.fr ?
[3] L. Sirovich. “Turbulence and the dynamics of coherent structures”. I-III, Quarterly of Applied Mathematics, volume 45(3), pp.561-590, 1987.?
[4] S. Volkwein. “Model Order Reduction using Proper Orthogonal decomposition”, lectures, 43 pages, 2011, http://www.math.uni-konstanz.de/numerik/personen/volkwein/teaching/POD- ?V orlesung.pdf.?
[5] J. Fauque “Modèle d'ordre réduit en mécanique du contact. Application à la simulation du comportement des combustibles nucléaires”, PhD thesis, Mines ParisTech, 2018.?
[6] D. Ryckelynck. “Hyper-reduction of mechanical models involving internal variables”, International Journal for numerical methods in engineering, volume 77, pp75-89, 2009.?
[7] J. Fauque, I. Ramière, D. Ryckelynck. Hybrid hyper-reduced modeling for contact mechanics problems. International Journal for Numerical Methods in Engineering, Wiley, 2018, 115 (1), pp.117-139 ?

Type financement

Contrat de recherche

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