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Newsletter date: 19 May 2010

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English news are at the bottom of the page.

Lettre d'information de Code_Aster

Cette lettre d'information spéciale présente des réalisations d'acteurs actifs de la communauté Aster Libre.

OGACA : Optimisation géométrique avec Code_Aster

par Frédéric Renou, Ingénieur structure, frederic.renou[at]gmail.com

Code_Aster est utilisé pour réaliser une optimisation géométrique des formes. La forme est décrite par une fonction ligne de niveau et utilise la méthode XFEM développé à l’origine pour le calcul des fissures. La présence des éléments XFEM et la disponibilité du code source ont été des éléments déterminants dans le choix de Code_Aster pour cette application. La disponibilité du code source de Code_Aster m’a permis de faire des développements « maison » nécessaires pour réaliser cette optimisation (en python principalement).

Figure 1
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Dans cet exemple un pied de quadripode asymétrique (fig. 1) supportant 4 forces différentes a été optimisée. La première étape consiste à mailler le volume dans lequel on accepterait la présence de matière à la fin de l’optimisation (fig. 2). Par la suite le programme détermine la meilleure répartition de la fonction ligne de niveau (fig. 3).

Figure 2 Figure 3
Figure 2
Figure 3

Finalement la géométrie finale est obtenue (fig. 4). Ce résultat dépend de la courbure de la surface paramétré (fig. 5). De plus l’utilisation d’une fonction ligne de niveau permet à cette optimisation géométrique de proposer des changements de topologie, ici création d’un trou dans la forme.

Pour mémoire : les principes mathématiques de l’optimisation des formes sur lesquelles repose ce programme ont été développés par G. Allaire et F.Jouve

Figure 4 Figure 5
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Code_Aster marche au pas

par T.N. Baranger, Université Lyon1, LaMCoS UMR5259

Lors de la marche, les semelles de nos chaussures subissent sur leurs parties avant un mouvement de flexion quand nous prenons appui sur l’avant-pied. La répétition de ce mouvement peut entraîner un cisaillement de la semelle et c’est ce processus de flexion que l’essai de laboratoire connu sous le nom de Bennewart permet de reproduire.

Cet essai sert à estimer la durée de vie d’une semelle de chaussure. Il s’agit en fait d’un test de flexions répétées, ayant pour but de vérifier si une fissure apparait ou si elle se propage à partir d’une entaille, au bout d’un très grand nombre de cycles de flexions (100000 cycles), ce qui correspond à environ 200 km de marche. Il peut y avoir localement dans la semelle en flexion des allongements très important pouvant générer des risques d’amorces de fissures dus aussi au mouvement cyclique.

Afin d’éviter de recourir à des essais "réels" sur de multiples prototypes de semelles, dont le coût est rapidement élevé, Le CTC (Centre Technique du Cuir) et le LaMCoS (Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures, UMR5259 Université de Lyon) développent un essai Bennewart Virtuel.

Les semelles étant souvent en élastomères, la simulation numérique de leur comportement mécanique nécessite souvent des développements nouveaux. Le comportement mécanique de ces matériaux est souvent régi par des lois de comportement qui couplent plusieurs phénomènes : hyperélasticité, viscoélasticité et endommagement de Mullins. Cette loi a été intégrée dans Code-Aster. Elle est en cours de validation. L’identification des paramètres relatifs à chaque phénomène se réalise à l’aide d’essais simples couplés à un système de corrélation d’images.

Essai Bennewart Essai Bennewart
Essai Bennewart
Essai Bennewart virtuel

Salome-Meca s’est avéré être la plateforme numérique adéquate pour ce type d’applications. Elle permet l’import de géométries complexes issues de CAO (IGES) ou de numérisation (STEP).

Une étude sur le développement d’une loi de fatigue est en cours. Ce qui, une fois implémentée dans Code-Aster, nous permettra de simuler l’essai de flexion en dynamique sur plusieurs cycles : soit l’essai Bennewart Virtuel. L’objectif à moyen terme est non seulement de déterminer le nombre de cycles conduisant à l’apparition d’une entaille mais aussi de quantifier la propagation d’une fissure sur une semelle sollicitée en flexion répétée.

Couplage TOUGH2 / Code_Aster pour des problématiques de stockage de CO2

par D. Seyedi, BRGM

Code_Aster est utilisé au BRGM (Bureau de Recherche Géologiques et Minières) pour réaliser des simulations en mécanique numérique.

L’article, intitulé "Coupled Large Scale Hydromechanical Modelling for Caprock Failure Risk Assessment of CO2 Storage in Deep Saline Aquifers", publié dans la revue Oil & Gas Science and Technology présente une méthodologie de simulation hydromécanique à grande échelle pour évaluer le risque de fracturation des formations de couverture dans le contexte de stockage géologique du CO2 dans les aquifères profonds. Cette stratégie est basée sur le développement d’un couplage externe entre un code de transport multi-phasique (TOUGH2) et Code_Aster pour le calcul hydromécanique.

Lien de l’article : http://ogst.ifp.fr/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/articles/ogst/pdf/first/ogst08129.pdf

Code_Aster sur la Piste aux Etoiles

par Jean-Pierre Aubry, La Machine

Pour changer un peu du génie civil, du nucléaire, de l’aéronautique, ou de la recherche sur la fatigue voici une structure originale. Non pas originale en tant que telle, mais originale quant à son dimensionnement. Il s’agit d’un chapiteau de 20 x 18 m au sol, d’une hauteur intérieure de 6 m.

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Modélisation d’un chapiteau

Comme toutes les structures de chapiteau de cirque elle est constituée d’une enveloppe extérieure en toile soutenue par quelques mâts et piquets (pour reprendre les termes consacrés) et des haubans. La tenue climatique, neige et vent d’un tel ensemble doit être assurée au sens réglementaire.

A la différence des structures de génie civil en toile tendue les pré-tensions dans la toile sont ici très faibles voire nulles. Les mâts et piquets sont modélisés par des éléments poutres, les haubans par des éléments câble et la toile par un réseau orthogonal d’éléments câbles au pas de 400 mm, (en attendant un élément 2D de membrane dans Aster). La pré-tension de montage est obtenue en "refroidissant" les éléments concernés tout en essayant de minimiser cette pré-tension après quelques "essais et erreurs" en mode manuel. Ensuite les 6 cas de chargement sont appliqués à la queue leu leu (avec retour à 0 entre chaque cas) dans un seul calcul STATique NON LINEaire comportant 35 pas, et avec l’option RECHerche LINEaire. La solution est obtenue en une dizaine de minute et environ 300 itérartions sur une machine avec un Pentium 4 à 3.2 Ghz datant de 2004.

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Différents cas de chargement

A par cet exemple précis, Code_Aster, Salome-Meca et Gmsh sont régulièrement utilisés par la compagnie La Machine pour dimensionner ou justifier le dimensionnement des machines de spectacles réalisées dans ses ateliers.

Réalisation de La Machine (cliquez sur l’image pour agrandir) :

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© Jordi Bover

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© Jordi Bover

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© Jordi Bover

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© Jordi Bover

Pour de plus amples informations visitez www.lamachine.fr

Contact : jeanpierre@lamachine.fr


English news from Code_Aster

This special newsletter presents achievements of active actors from "Aster Libre" community.

OGACA : Geometrical optimization with Code_Aster

by Frédéric Renou, Structural Engineer, frederic.renou[at]gmail.com

Code_Aster is used to carry out a geometrical optimization of forms. The form is described by a level line function and uses the XFEM method initially developed for the computation of cracks. The presence of XFEM elements and the availability of the source code were crucial factors in the choice of Code_Aster for this application. The availability of Code_Aster’s source code enabled me to customise the developments necessary to carry out this optimization (mainly in python).

Figure 1
Figure 1

In this example an asymmetrical foot of quadripode (fig. 1) supporting 4 different forces was optimized. The first stage consists in meshing the volume in which we would accept the presence of material at the end of the optimization (fig. 2). Thereafter the program determines the best distribution of the level line function (fig. 3).

Figure 2 Figure 3
Figure 2
Figure 3

Eventually the final geometry is obtained (fig. 4). This result depends on the curvature of the parameterized surface (fig. 5). Moreover the use of a level line function allows this geometrical optimization to propose changes of topology, here the creation of a hole in the form. The mathematical principles of the forms’ optimization on which this program is based were developed per G. Allaire and F.Jouve

Figure 4 Figure 5
Figure 4
Figure 5

The Code_Aster’s march

by T.N. Baranger, Université de Lyon1, LaMCoS UMR5259

While we are walking the front of our shoe soles undergo a bending movement when we put our weight on our forefoot. Repeating this movement can lead to a shear which the Bennewart laboratory test can replicate.

This test is used to estimate the lifetime of a shoe sole. It produces repeated bendings so as to check if a crack appears or if it can spread from a cut after a very large number of bending cycles (100.000 cycles), that is 124-mile walk (200 km). The important local extensions and the cyclical movement undergone by the sole can generate crack risks.

In order to avoid having recourse to "real" tests on numerous sole prototypes - which would quickly become expensive - the CTC (Leather Technology Center) and the LaMCoS (Laboratory of mechanics and solid structures, UMR5259 Université de Lyon) are developing a Virtual Bennewart test.

Because the soles are often elastomeric, the numerical simulation of their behaviour often requires new developments. The mechanical behaviour of these materials are governed by constitutive laws which couple several phenomenons : hyperelasticity, viscoelasticity and damage of Mullins. This law was integrated in Code_Aster and is currently being validated. The identification of the parameters for each phenomenon is realized thanks to simple tests coupled with an image correlation system.

Essai Bennewart Essai Bennewart
Bennewart test
Virtual Bennewart test

Salome-Meca proved to be the appropriate digital platform for this type of applications. It can import complex geometry from CAD (IGES) or from digitisation (STEP).

A study about the development of a law of fatigue is underway. Once it is implemented in Code_Aster we will be able to simulate the bending dynamic test over several cycles - i.e. the Virtual Bennewart test. The medium-term goal is not only to determine the number of cycles leading to the appearance of a cut, but also to quantify the spread of a crack on a sole subjected to repeated bending.

TOUGH2 coupling - Code_Aster for CO2 storage issues

by D. Seyedi, BRGM

Code_Aster is used by the BRGM (Bureau of Geological and Mining Research) to realize simulations in computational mechanics.

The article "Coupled Large Scale Hydromechanical Modelling for Caprock Failure Risk Assessment of CO2 Storage in Deep Saline Aquifers" was published in the magazine Oil & Gas Science and Technology. It presents a large-scale hydromechanical simulation methodology, in order to assess the fracturing risk of cover formations in the context of CO2 geological stocking in deep aquifers. This strategy is based on the development of an external coupling between a multiphase transport code (TOUGH2) and Code_Aster, for hydromechanical computation.

Article link : http://ogst.ifp.fr/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/articles/ogst/pdf/first/ogst08129.pdf

Code_Aster : a circus performer

by Jean-Pierre Aubry, La Machine

Instead of working on civil engineering, aeronautics or research on fatigue, here is an original structure for a change. The circus tent structure is original as regards its size : a ground area of 65’x59’ and 19’ high (20x18x6 m).

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Modélisation d’un chapiteau

Like every circus tent structure it is made up of an outer canvas supported by stakes, poles and stays. The resistance of this kind of building to different climates, snow and wind is subjected to specific regulations.

Contrary to civil engineering structures - which are composed of stretched canvas - the prestresses on the canvas are very low or null. The poles and stakes are modelized by beam elements, stays are modelized by cable elements and the canvas by an orthogonal network of cable elements placed every 15" (in the absence of a 2D membrane element in Aster). The prestress of the putting up is obtained by "cooling down" the concerned elements while trying to minimize the prestress after some "tests and errors" in manual mode. Then the 6 loading cases are successively applied - back to 0 between every case - in a single NON LINEar STATic computation (STAT_NON_LINE) which includes 35 steps, and with the LINEar Research option (RECH_LINEAIRE). The solution can be obtained approximately after 10 minutes and 300 iterations, on a machine equipped with a 3.2 Ghz Pentium 4 which dates from 2004.

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Différents cas de chargement

Apart from this precise example Code_Aster, Salome-Meca and Gmsh are also used by the firm La Machine in order to size or justify the sizing of the entertainment machines designed in its workshops.

Realizations of La Machine : (click on the image to enlarge)

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© Jordi Bover

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© Jordi Bover

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© Jordi Bover

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© Jordi Bover

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© Jordi Bover

For more information you can visit www.lamachine.fr

Contact : jeanpierre@lamachine.fr