Since 1994, HDS is a major player in the design of complex composite parts, especiallyfor racing sailing yachts [1]. In this paper, wesuggest to present our approach in the design and finite-element modelling of the rigidwing-sail of the trimaran that won the 33rd America’s Cup, held in February 2010. From thedecision to design the wing-sail to the assembly on the maxi trimaran, we will present thedifferent steps of design and computation: principles and assessment of the aerodynamicloads, structural design and modelling with tools adapted to each problem, massoptimization. Then, we will detail some of the numerical problems that we faced in thisproject.

The economic challenge for PSA regarding the maintenance of their mould foundry park isto predict and improve its lifespan in preventing any risk of initiation and propagationof cracks in thermal fatigue. A method for assessing the number of cycles of castingtooling thermal fatigue used by PSA was developed using the criterion of Fatemi-Socie [A.Fatemi, D. Socie, Fatigue Fract. Engng.Mater. Struct. 11 (1988) 149-165, D.F.Socie, multiaxial fatigue damage models, ASME 109 (1987)293-298], associated with a shear failure mode, which predicts the thermal fatigue damageby assessing stress and strain tensors on different facets around any material point.

La réduction du nombre de degrés de liberté d’une étude par éléments-finis peut être obtenue en utilisant l’analyse par éléments-finis multidimensionnelle, c’est-à-dire le mélange d’éléments-finis de poutre, de coque et de volume. Cette approche multidimensionnelle permet de réduire considérablement le temps de maillage et de résolution du système. Malheureusement, la connexion d’éléments de différentes dimensions entraîne certains problèmes au niveau de la modélisation géométrique ainsi qu’au niveau de l’incompatibilité des degrés de liberté entre éléments et de la continuité entre différentes parties de maillage réalisées séparément. Cet article présente une solution complètement automatisée à ces problèmes, utilisant uniquement des éléments-finis classiques et sans recourir à l’ajout d’équations de contraintes aux interfaces entre éléments de dimensions différentes.

Crevice corrosion chemistry is modeled in galvanostatic mode using finite element method calculations. The results lead to the formulation of critical conditions for crevice propagation in terms of applied current and depassivation pHd. For a given stainless steel grade, the model predicts a linear relation IC(pHd) between a “critical propagation current” IC and the depassivation pHd. Detailed computing is performed to compare the behavior of duplex 2304, ferritic AISI 430 and austenitic AISI 304 stainless steels. The model is shown to capture correctly the major asymptotic behaviors and to fairly predict the better corrosion resistance of the duplex grade, which is attributed to its slower dissolution kinetics in acidic environment. When comparing duplex stainless steels to ferritic or austenitic ones, it is now evident that the dissolution law and the depassivation pHd are the key factors that control the resistance to crevice corrosion propagation.

L’assemblage des rails de chemin de fer se fait généralement à travers un procédé desoudage par aluminothermie. Ce procédé consiste en la coulée de métal de jonction entreles deux extrémités de rails à assembler. La qualité de cet assemblage dépend étroitementdes conditions de la réalisation qui sont généralement difficiles à respecter. En effet,les techniques classiques de contrôle des rails, mettent souvent, en évidence la présencedes défauts de soudure dans la jonction. Selon les observations, ces défauts peuvent êtreclassés en deux types : défauts d’adhésion (ou défauts de collage) et défauts de porosité(ou défauts de soufflures multiples). Chacun de ces défauts, peut constituer un siteprivilégié de concentration des contraintes. Selon le niveau de ces contraintes, deséventuels processus d’endommagement risquent de se développer et mettant le rail horsservice. Il semble donc nécessaire de modéliser le comportement mécanique de ces souduresavec ces défauts en vue de les classer par leur criticité. Dans cette étude, nous avonsdonc modélisé avec un même chargement et avec les mêmes conditions aux limites, lajonction de soudure pour chaque type de défaut. Les résultats obtenus sont très concluantset permettent de bien orienter l’approfondissement de notre analyse coté paramètres desoudage.

Notre approche vise à tester les modèles classiques de piègage de fissure pour des motifsde ténacité contrôlée et des géométries d’éprouvette réalistes, c’est-à-dire de taillesfinies. Nous modélisons notamment l’effet de l’épaisseur du matériau. Les prédictions dumodèle théorique développé dans [L. Legrand, S. Patinet, J.-B. Leblond, J. Frelat, V.Lazarus, D. Vandembroucq, Coplanar perturbation of a crack lying on the mid-plane of aplate, Int. J. Frac.] sont validées par des calculs de type éléments-finis. Ces derniersconvergent en fonction de la fréquence de perturbation du front de fissure vers deuxrégimes asymptotiques : milieu semi-infini et plaque mince. Dans le cas d’une fissureinteragissant avec un défaut unique, nous confrontons nos calculs à une configurationexpérimentale de fissuration. Nous montrons une remarquable amélioration des prédictionsdes modèles de ligne élastique par la prise en compte de l’épaisseur de l’éprouvette.

Over the past few years several technical efforts have been focused on continuous improvement of quench and tempered product at ArcelorMittal Burns Harbor plate mill facility with particular attention being given to optimization of the flatness of quenched product. Incremental improvement in quench line equipment and practices is being aided by computer-based modelling tools and specialized instrumentation. The paper describes the development of different tools used to control flatness after quench and tempering units. The detailed description of a 3D model designed to predict distortion such as edge waves, center buckles, longbows and crossbows during quenching is presented. The model developed with Abaqus is able to predict the evolution of plate temperature, thermal stresses, strains, and distortions during cooling. The water cooling system is represented by top and bottom movable surfaces where a heat flux depending on width, length and temperature is applied. The effect of phase transformation is approximated by a variation of the plate thermal expansion coefficient.

Ce travail s’intéresse à un écoulement autour d’un obstacle cylindro-conique chauffé, enrotation à l’intérieur d’une cavité cylindrique. Il s’agit d’étudier l’influence d’uneperturbation de type harmonique sur le comportement dynamique de l’écoulement et sur lemécanisme de l’échange thermique avec l’obstacle. La fréquence de référence del’écoulement périodique a été déterminée par l’analyse de l’évolution du régime vers sonétat stationnaire. L’étude a été menée pour des fréquences variant de 1/3 de la fréquencede référence à 10 fois cette dernière. La périodicité de l’écoulement est assurée par lacondition d’entrée sur le débit supposé périodique. L’étude numérique a été réalisée pourdes valeurs du nombre de Reynolds inférieur à 100 et pour des valeurs de nombre de Taylorinférieur à 500 afin d’éviter la présence des instabilités au sein de l’écoulement. Deuxméthodes numériques ont été utilisées : une méthode de différences-finies combinée avec unschéma ADI et la méthode des éléments-finis. Le fluide considéré est l’air avec despropriétés physiques constantes. Le couplage convection-conduction a été considéré dansune plage de variation du rapport K de la conductivité thermique dusolide à celle du fluide de 10-2 à 103. Les résultats montrent queles composantes de la vitesse varient en phase avec le débit, alors que la pression et lesdifférents paramètres thermiques sont en déphasage avec la vitesse d’entrée. On note aussil’aspect périodique de tous les paramètres dynamiques et thermiques de l’écoulement pourles nombres de Reynolds utilisés. L’influence de la fréquence se manifeste davantage pourses valeurs élevées. Le nombre de Nusselt est proportionnel à la fréquence. Ces résultatssont en bon accord avec ceux données par d’autres études de référence.

A benchmark is organised to quantify the variability relative to structure dynamicscomputations. The chosen demonstrator is a pump in service in thermal central units, whichis an engineered system with not well-known parameters, considered in its workenvironment. The blind modal characterisation of the separate pump components shows a5%–12% variability on eigenfrequency values and a less than 15% frequency error incomparison with experimental values. The numerical-experimental MAC numbers reach 0.7 atthe maximum, even after updating. An example of modal results on the pump assembly fixedis presented, which shows a larger discrepancy with measurement values, essentially due tothe modelling of the interfaces and boundary condition, and to the possible simplificationof the main components F.E. models to reduce their size. Though a significant frequencyerror, the first overall modes are correctly identified. If this tendency can be confirmedfrom all the participants’ results, the conclusion to be drawn is that, if the predictivecapability of F.E. models to represent the dynamical behaviour of sub-structures issatisfactory, the one relative to structures that are built-up of several components doesnot allow their confident use. Additional information issued from measurements is neededto improve their accuracy.

Dans cet article sont présentées des évolutions du modèle RL nécessaires pour larésolution de problèmes de dynamique rapide. Le modèle initial, basé sur le comportementthermomécanique de l’alliage couplé à l’équation de la chaleur, a été implémenté dans lecadre de la dynamique basses fréquences dans des travaux antérieurs. L’utilisation de cemodèle non-linéaire dans le cadre de la dynamique rapide (réponse de la structure à unimpact) conduit à des solutions non physiques ou à des divergences des algorithmesd’intégration temporelle. Ces comportements sont principalement dus aux fortesnon-linéarités des équations régissant les cinétiques de transformation entre les deuxphases du matériau (austénite/martensite). L’adjonction d’un terme lissant dans leséquations différentielles permet de faire converger les algorithmes sans perturber lecomportement du modèle initial. Ce terme, d’un point de vue physique, traduit le fait quela transformation de phase ne se fait pas de façon instantanée, mais à une vitesse depropagation donnée. Les résultats issus d’un calcul éléments-finis considérant unestructure bidimensionnelle soumise à un impact sont présentés.

Ce travail propose une approche numérique pour l’étude de matériaux compositescarbone/carbone sous sollicitations dynamiques et conditions de contact frottant. Ellerepose sur l’utilisation d’une approche éléments-finis (EF) et de techniquesd’homogénéisation appliquées à une cellule élémentaire du matériau. Les effets ducontraste des propriétés élastiques au contact sont étudiés et l’influence de ladescription du matériau sur le comportement tribologique est mise en évidence.

Dans cette étude, on présente une contribution à la modélisation expérimentale etnumérique du comportement élastoplastique endommageable anisotrope de tôles destinées à lamise en forme. L’accent est mis sur la localisation des instabilités plastiques induitespar l’anisotropie plastique et l’endommagement. La procédure d’identification desparamètres matériau du modèle de comportement est basée sur une approche inversed’optimisation s’appuyant sur des essais de traction orientés, associée à des simulationsnumériques (Abaqus/Standard et Matlab). La validation de la procédure proposée a pu êtremenée grâce à une confrontation entre simulations numériques et résultats expérimentauxobtenus sur des éprouvettes caractéristiques des tôles minces texturées en acier doux.L’application est ensuite faite à la simulation de procédés de gonflement hydraulique deces tôles avec prévision de l’endommagement ductile. Plusieurs cas en expansion libre(matrices circulaires et elliptiques) et en expansion dans des cavités de matrice serontprésentés et des comparaisons avec les résultats expérimentaux seront réalisées.

Cette analyse qui s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche AFFISA (Airbus Front Fuselage Innovative Structural Approaches) a pour objectif d'étudier la faisabilité d'un moyen d'essais permettant de tester des structures de fuselage double courbure représentatif avion (pointe avant et cône arrière d'avion). En effet, aucun moyen de ce type n'existe actuellement supporté par des analyses éléments-finis, le comportement de la structure soumise à des efforts mécaniques et de pression a été étudié. Notre attention s'est principalement focalisée sur le chargement en compression (et traction) qui pose certains problèmes du fait de la spécificité de la double courbure. Cette étude se terminera par la proposition de deux concepts de moyen d'essais brevetés.

The main issue in the present paper is to comment and illustrate on new acoustic examples the method of analysis of modal series, termed “method of orthocomplement”, that has been recently proposed by the authors to improve the convergence of such series. The general method consists in a direct analysis and transformation of the remainders of ordinary series. It results in a family of “hybrid” modal representations involving an ordinary modal sum of order N, a “quasi-static” term based on the N first modes, and an “accelerated” modal series. Using the transformed modal formulae eliminates the Gibbs oscillations – that are attached in infinite dimensional models to modal boundary discontinuities – and also the consequences of such phenomena on finite element approximations. The method is applied in the present paper to plane waves in acoustic tubes and to 3D acoustic fields inside a car compartment, in view of the synthesis of acoustic receptances or impedances to be used in practical acoustic design. The main technical difficulty being the treatment of singular linear boundary problems or systems of linear equations that arise during the study of closed rigid cavities or tubes, a whole section of the paper had thus to be devoted to pseudo-inversion.

Dans cet article, nous allons présenter les résultats d'une étude comparative des caractéristiques mécaniques de boulons en acier 42CrMo4 de fabrication standard et spéciale. Cette étude porte principalement sur l'influence de la chronologie des phases de fabrication des vis sur les caractéristiques mécaniques statiques et en fatigue. Cette chronologie concerne le traitement thermique et le roulage à froid. Si aucune influence n'est visible sur la tenue statique des boulons, l'influence sur la tenue en fatigue est très importante. Par ailleurs, indépendamment du type de fabrication, nous avons remarqué que les zones de rupture sont différentes selon que l'on procède à un essai statique ou à un essai de fatigue. Dans le premier cas, la rupture a lieu dans la longueur filetée libre de prise avec l'écrou tandis qu'en fatigue, la rupture a lieu au niveau du premier filet en prise avec l'écrou. Ces différences de comportement observées expérimentalement sont corroborées par des simulations par la méthode des éléments-finis que nous avons mises en œuvre dans le cadre d'un travail sur la tenue en service des assemblages boulonnés.

La modélisation et la fabrication des ballons pressurisés stratosphériques longue durée à usage scientifique sont un défi pour le CNES. Ils sont constitués de plusieurs fuseaux en tri-couches PET/PA/PET d'épaisseur 50 µm, assemblés entre eux par des rubans adhésifs en PET de 23 µm d'épaisseur. À ce jour, un problème majeur apparaît lors des missions de vol, se traduisant pour certains ballons par une destruction prématurée. Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique des ballons pressurisés stratosphériques et plus particulièrement sur les assemblages des films polymères constituant le ballon. Dans un premier temps, une campagne d'essais de nanoindentation nous permet d'identifier les propriétés élastiques des matériaux après assemblage, et ce pour deux températures de vol du ballon. Dans un second temps, nous modélisons un assemblage nominal en approche 2D puis 3D. Plus particulièrement, un exemple d'application de la technique de submodeling est présenté à partir de la modélisation d'un défaut de la jonction. Enfin, à l'aide de la méthode des plans d'expériences et de simulations éléments-finis, nous étudions l'influence des paramètres de conception sur la tenue mécanique d'un assemblage type.

Les verres de silice rompent de manière fragile aux échelles supérieures au micron mais présentent une réponse plastique aux échelles inférieures. Plus particulièrement, ils se densifient de façon irréversible sous des sollicitations de contact. Dans cet article, nous présentons une loi de comportement mécanique permettant de reproduire ce phénomène. Les paramètres matériaux sont identifiés par comparaison entre des résultats de simulations numériques par éléments-finis de l'essai de nanoindentation et des résultats expérimentaux telles que la courbe force-enfoncement et une cartographie de densification obtenue par spectroscopie Raman. Nous utilisons ensuite cette loi pour prédire la distribution de densification obtenue après indentation Vickers tridimensionnelle et indentation Cube Corner. Une simulation numérique de rayure est aussi effectuée permettant d'obtenir une première idée de la densification de ces matériaux sous ce type de sollicitations. Ces différents résultats montrent que la zone densifiée sous ces différents types de chargement est toujours de l'ordre de la taille du contact.

Le procédé de formage électromagnétique, electromagnetic forming process ou EMF en anglais, consiste à déformer les métaux en appliquant une pression générée par un champ magnétique variable d'une grande intensité. L'utilisation de ce procédé en complément de la mise en forme par emboutissage d'une ébauche, permet d'accroître la quantité d'aluminium employé dans la construction automobile en améliorant la formabilité des tôles et en réduisant les coûts de production. L'objectif des travaux de recherche liés à ce procédé est d'aboutir à une meilleure compréhension du mécanisme de déformation afin de développer des équipements et des méthodes efficaces pour sa mise en œuvre industrielle. Une manière de parvenir à cet objectif est l'utilisation de la simulation numérique au travers d'une modélisation du procédé basée sur la méthode des éléments-finis. Ces travaux de développement ont été partiellement menés dans le cadre d'un projet européen appelé EMF (G3RD-CT-2002-00798).

This paper presents the structural shape optimization with linear elastic material, large displacement and small strains. The whole shape optimization process is carried out by coupling a closed geometric shape in R2 with boundaries defined by B-splines curves, automatic mesh generation at each iteration, exact sensitivity analysis and mathematical programming method (SQP: Sequential Quadratic Programming). The design variables are the control point's coordinates which minimize the Von-Mises criteria, with a constraint that the total material volume of the structure remains constant. In this work the sensitivity analysis is performed using two methods: numerically by an efficient finite difference scheme and by the new method called exact Jacobian method. The feasibility of the proposed method is carried out for two numerical examples.

De plus en plus, les concepteurs utilisent des méthodes avancées de calcul, pour optimiser les performances des systèmes mécaniques. Ce constat est d'autant plus vrai dans le milieu aéronautique où le rapport poids puissance doit être le plus faible possible. Certains logiciels de CAO (CATIA, SOLIDWORKS, PRO ENGINEER, etc.) offrent la possibilité d'effectuer des calculs de dimensionnement. Néanmoins, ce type d'outil ne permet pas, à ce jour, d'estimer facilement les pressions de contact entre deux pièces. Cet article présente les différentes méthodologies utilisables dans un environnement CAO pour le calcul des pressions de contact dans les roulements à pistes intégrées de boîte de transmission aéronautique. Ces méthodologies sont analytiques (théorie de Hertz), numériques (éléments-finis) ou hybrides. Ces différentes approches sont analysées et comparées suivant les critères de précision, de temps de calcul et de leurs aptitudes à s'intégrer dans un processus de conception industriel. À partir de cette analyse, il sera proposé une méthodologie de calcul des pressions de contact.