Méthode des EF étendus - ltas-cm3.ulg.ac.be · Peuvent être plus coûteuses en temps que le...
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Méthode des EF étendus
Une introduction à la méthode des éléments finis étendus
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Méthode des EF étendus
Eric Béchet (it's me !)
Études d'ingénieur à Nancy (Fr.)
Doctorat à Montréal (Can.)
Carrière académique à Nantes puis Metz (Fr.)
Puis Liège...
Contact :
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Méthode des EF étendus
Plan de la présentation
Introduction Rappels Problème simple (saut sur la variable primale) Extensions en 2D / 3D Autre problème (saut sur la dérivée) Autres applications et recherche actuelle Références et littérature
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Méthode des EF étendus
Notes de cours disponibles à l'adresse
http://www.cgeo.ulg.ac.be/XFEM
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Méthode des EF étendus
Introduction
Calcul par éléments finis « classiques » Géométrie délimitée par les bords des éléments
Limites du domaine de calcul Interfaces entre deux zones
aux propriétés différents Une modification de la géométrie
implique un changementde maillage
Les problèmes évolutifs (temps)peuvent nécessiter un remaillage à chaque pas du calcul
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Méthode des EF étendus
Introduction
Techniques de génération de maillage Peuvent être plus coûteuses en temps que le calcul
par éléments finis lui-même Impliquent une interaction homme-machine
fréquente Sont une source potentielle d'erreurs
Humaines Robustesse des algorithmes
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Méthode des EF étendus
Introduction
Cf. cours de CAO en 1er master Aero / Mecanique
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Méthode des EF étendus
Introduction
Idée ici: Minimiser les contraintes sur le maillage utilisé Mais la génération de maillage reste nécessaire
Calcul précis si éléments de plus faible taille
→ Adaptation de maillage
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Méthode des EF étendus
Rappels
On se base sur la MEF en partant d'une forme faible :
Discrétisation: On cherche u dans un espace discrétisé (les fonctions tests v font partie du même espace)
uh x =∑i
i N i x , x∈
Trouver u∈H 01 tel que
∫
a u , v d=∫
bv d ∀ v∈H 01
V h⊂H 01
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Méthode des EF étendus
Rappels
Un maillage conforme de l'espace sert à définir les fonctions de forme
FF à support compact Partition de l'unité Interpolation
∑i
N i=1
u xi =i
u x =∑k
k N k pour x∈T j
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Méthode des EF étendus
Rappels
FF à support compact Permet d'avoir des matrices creuses (donc peu
volumineuses en mémoire)
Partition de l'unité On sait représenter un champ constant !
Interpolation Facilité pour imposer des conditions de Dirichlet
Utilisation de maillages conformes Précalcul de nombreuses opérations possible
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Méthode des EF étendus
Problème simple
Barre 1D (L, E, S) encastrée soumise à un effort réparti f(x)
On veut déterminer le déplacement u(x) et on veut couper cette barre (penser à une fissure) Avec la MEF standard Avec la méthode des éléments finis étendus
f(x)
L
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Méthode des EF étendus
Problème simple
Forme faible
avec
Trouver u∈H 01 tel que
a u , v =bv ∀ v∈H 01
a u , v =∫0
L
ES ∂u∂ x⋅∂ v∂ x dx bv =∫0
L
f x ⋅v dx
Matrice élémentaire (de raideur)
Vecteur élémentaire (efforts extérieurs)
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Problème simple
Discrétisation : Éléments finis linéaires, fonctions de forme nodales.
uh x =∑i
i N i x
N 1 x N 2 x N 3 x N 4 x
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Méthode des EF étendus
Problème simple
En reportant la forme discrétisée de u et v dans la forme faible, on obtient le système linéaire suivant :
Ici, les coefficients et sont nuls (encastrement)
[k 22 k 23
k 32 k 33]⋅2
3= f 2
f 31 4
k ij=∫0
L
ES∂N i
∂ x⋅∂N j
∂ xdx
f i=∫0
L
N i⋅ f x dx
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Méthode des EF étendus
Cas FEM
Ajouter deux noeuds et refaire le calcul Cela s'appelle « remailler », c'est rapide et
robuste en 1D, moins en 2D et beaucoup moins en 3D
N 1 x N 2 x N 3 x N 4 x
N 5 x N 6 x
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Méthode des EF étendus
Cas FEM
Après discrétisation, on obtient :
Les deux parties entourées sont indépendantes On peut faire deux calculs séparés pour
résoudre chaque sous-problème
[k 22 k 23 0 0k 32 k 33 0 00 0 k 44 k 45
0 0 k 54 k 55]⋅2
3
4
5=
f 2
f 3
f 4
f 5
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Méthode des EF étendus
Cas FEM
La signification physique des DDL est conservée ( signifie le déplacement au nœud i.)
Il y a bien une discontinuité entre les déplacement aux nœuds 3 et 4
Rien ne change à l'implémentation – seul le maillage et sa topologie sont modifiés
i
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM
On ne pas touche pas au maillage On peut par contre modifier/ajouter des
fonctions de formes
N 1 x N 2 x N 3 x N 4 x
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
Possibilité (I) :
N 1 x N 3+ x N 4 x N 2
- x
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
Possibilité (I) :
N 1 x N 3+ x N 4 x
+N 2
+ x
N 2- x
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
Possibilité (I) :
N 1 x N 3+ x N 4 x
+N 2
+ x
N 3- x
+
N 2- x
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
Comment calculer les à partir des ? On introduit la fonction Heaviside :
Ainsi que son complément :
s est la distance à la coupure (ici, )
N j+,- N i
H s={0 si s≤01 si s0
H s={1 si s≤00 si s0
s=x−L2
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
Avec ces notations, on a :
On peut noter que la partition de l'unité est conservée
{N i+ x =N i x ⋅H s
N i- x =N i x ⋅H s
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
On doit séparer les noeuds du maillage Ceux qui ont des degrés de liberté «normaux»
vont dans l'ensemble N Ceux qui ont des degrés de liberté modifiés vont
dans l'ensemble C
Le champ u s'exprime alors :
u x =∑i∈N
i N i x ∑j∈C
j+ N j
+ x ∑k∈C
k- N k
- x
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
Système linéaire On numérote les DDL de façon suivante :
[ 1 2 3 4 5 61 2
-3
-2
+3
+4]
[k 22
- k 23- 0 0
k 32- k 33
- 0 0
0 0 k 22+ k 23
+
0 0 k 32+ k 33
+ ]⋅2
-
3-
2+
3+=
f 2-
f 3-
f 2+
f 3+
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (I)
On arrive de nouveau à séparer les deux parties
La signification des degrés de libertés est partiellement perdue
On doit modifier certaines fonctions de formes et en rajouter d'autres
Il faut deux fonctions Heaviside pour modifier les fonctions de base
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
Sans toucher aux fonctions de base ! (cas II)
N 1 x N 3 x N 4 x
+
N 2* x
N 3* x +
N 2x
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
Comment calculer les à partir des ? On introduit la fonction Heaviside modifiée :
Avec cette notation, on a :
N j* N i
H *s={−1 si s≤01 si s0
N i*x =N i x ⋅H
*s
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
On doit encore séparer les nœuds du maillage Ceux qui portent des degrés de liberté modifiés
vont dans l'ensemble C Les fonctions classiques sont présentes partout
Le champ u s'exprime alors :
u x =∑i∈
i N i x ∑j∈C
j* N j
* x
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
Système linéaire On numérote les DDL de façon suivante :
[ 1 2 3 4 5 61 2 2
* 3 3* 4
]
[k 22 k 22* k 23 k 23*
k 2*2 k 2* 2* k 2*3 k 2* 3*
k 32 k 32* k 33 k 33*
k 3* 2 k 3* 2* k 3*3 k 3*3*
]⋅2
2*
3
3*=
f 2
f 2*
f 3
f 3*
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
Au niveau matriciel, les deux parties sont liées
A-t-on réellement deux parties séparées ? Assembler la matrice sans tenir compte des
conditions aux limites et déterminer le nombre valeurs propres nulles de cette matrice.
Si il n'y a qu'une seule entité, on aura une seule valeur propre nulle (la condition de Dirichlet manquante pour avoir un système non singulier)
Deux VP nulles -> la barre est bien coupée en deux car on a deux conditions de Dirichlet à imposer afin d'avoir un système non singulier
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
Cas sans coupure sans CL : matrice type
det K s− I =0
K s=k⋅[
1 −1 0 0−1 2 −1 00 −1 2 −10 0 −1 1
]
Une valeur propre nulle.
k=3ESL
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
Cas avec coupure sans CL : matrice type
K c=k⋅[
1 −1 1 0 0 0−1 2 −1 −1 0 01 −1 2 0 −1 00 −1 0 2 1 −10 0 −1 1 2 −10 0 0 −1 −1 1
]Deux valeur propre nulles – c'est OK
det K c− I =0
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM (II)
La signification des degrés de libertés est perdue
On garde les fonctions de base inchangées et on en rajoute d'autres par enrichissement On construit une sorte de base EF hiérarchique
Une seule fonction d'enrichissement pour la coupure (plus simple !)
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Méthode des EF étendus
Cas X-FEM
Les cas (I) et (II) sont équivalents (ils produisent exactement les même résultats)
On a en effet une combinaison linéaire entre les fonctions de formes de (I) et (II) :
le cas (II) rentre dans un cadre théorique – utilisation d'une fonction d'enrichissement et synthèse « constructive »
N 2 x =N 2+ x N 2
- x
N 2* x =N 2
+ x −N 2- x
N 3 x =N 3+ x N 3
- x
N 3* x =N 3
+ x −N 3- x
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Méthode des EF étendus
Définition
Méthode des éléments finis étendus Se base sur les fonctions de forme FEM classiques Rajoute le produit des ces FF par une ou des
fonctions d'enrichissement Ces fonctions d'enrichissement représentent un
comportement particulier de la solution que les FF classiques ne savent pas représenter (ex. discontinuité)
u x =∑i∈
i N i x ∑k∑j∈C
jk* N j x ⋅E k x
E k x
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Méthode des EF étendus
En 2D / 3D
Cas de l'élasticité linéaire Représentation de fissures Notion de Level-sets Propagation de fissures
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Méthode des EF étendus
Exemple 2D
Coin soumis à déplacement imposé (Elasticité linéaire)
a u ,v =∫
∇su :
D: ∇ sv d
bv =∫
f⋅v d
Trouver u tel quea u ,v =bv ∀v
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Méthode des EF étendus
Exemple 2D
Déplacements sans la coupure (FEM standard)
u x =∑ i⋅ N i x N i x Les sont les
fonctions de forme linéaires (lagrange ordre 1)
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Méthode des EF étendus
Exemple 2D
On impose une coupure Modifications de l'espace
fonctionnel :
Comment sont définis et l'ensemble C ?
u x =∑i∈
i⋅ N i x
∑i∈C
i*⋅ N i x ⋅H
* s
H *s
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Méthode des EF étendus
Exemple 2D
On défini le plan de coupe à l'aide d'une fonctions de niveau (level-set)On a
est la distance signée à l'interface
On prend simple-ment :
lsn x
s=lsn x H *s=H *lsn x
={x∈ℝ3/ lsn x =0}
lsn x
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Méthode des EF étendus
Exemple 2D
Définition des degrés de liberté enrichis (ensemble C) Ce sont les noeuds des éléments coupés par
(iso-0 de la level-set)
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Méthode des EF étendus
Exemple 2D
Après assemblage et calcul on retrouve deux solides indépendants.
La géométrie de peut être quelcon-que.
Aucune modifica-tion du maillage
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Méthode des EF étendus
Point délicat
Intégration On doit sous-découper les éléments le long de
l'interface On doit augmenter l'ordre d'intégration en pointe
de fissure
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Méthode des EF étendus
Fissures
On voudrait modéliser une fissure Une fissure est une coupure incomplète dans le
domaine On a donc une modification de l'ensemble C Comment prendre cela en compte ? Il y a des phénomènes qui se passent en pointe
de fissure (les déplacements sont en , r étant la distance à la pointe de fissue)
Les contraintes sont en !!!
r
1
r
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Méthode des EF étendus
Fissures
On utilise une autre level-set
Elle représent la distance normale au front de fissure
Les deux level-setforment une baseorthonormée en pointe de fissure
lst x
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Méthode des EF étendus
Fissures
On définit une base polaire
lsn=0
lst=0
r=lsn x 2lst x 2
=arctanlsn x lst x r
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Méthode des EF étendus
Fissures
Le lieu de la fissure est défini ainsi :
La zone d'enrichissement C est modifiée
={x∈ℝ3/ lsn x =0, lst x ≤0 }
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Méthode des EF étendus
Fissures
On tient compte de la solution asymptotique en pointe de fissure (fissure en milieu infini)
u1=1
2 r2 {K 1 cos
2−cosK 2 sin
22cos}
u2=1
2 r2 {K 1 sin
2−sinK 2 cos
2−2cos}
=E
2 1=3−4
u3=2
2 r2 {K 3 sin
2 }
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Méthode des EF étendus
Fissures
Un peu de manipulation nous montre que:
On peut donc enrichir l'espace fonctionnel avec les fonctions indépendantes:
On peut noter que seule est discontinue.
u1=a1r sin2a2r cos
2a3r sin
2
sina4 r cos2
sinCL x
u2=b1 r sin
2b2r cos
2b3r sin
2sinb4r cos
2sinCL x
u3=c1r sin
2c2r cos
2c3r sin
2sin c4r cos
2sin CL x
{ f 1=r sin 2
f 3=r sin 2
sin
f 2=r cos2
f 4= r cos2
sin
f 1
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Méthode des EF étendus
Fissures
Allure des fonctions d'enrichissement (fissure d'Irwin)
f 1 f 2
f 3 f 4
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Méthode des EF étendus
Fissures
Nouvel espace fonctionnel
Où enrichir ? En pointe de fissure (T) , car le reste du domaine
est déjà concerné par l'enrichissement Heaviside La solution utilisée pour construire les
n'est valable que dans le voisinage de la pointe.
u x =∑i∈
i⋅ N i x
∑i∈C
i*⋅ N i x ⋅H
* s∑i∈T∑j∈1..4
ij⋅N i x ⋅ f j r ,
f j r ,
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Méthode des EF étendus
Fissures
L'ensemble C concerne les noeuds dont le support est entièrement coupé par la fissure
L'ensemble T concerne les noeuds dont le support contient ou touche la pointe de fissure
C
T
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Méthode des EF étendus
Fissures
Déplacements avec enrichissement en pointe de fissure
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Méthode des EF étendus
Fissures
En choisissant bien l'enrichissement, amélioration du taux de convergence
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Méthode des EF étendus
Propagation de fissures
Pour faire se propager une fissure, il faut: Faire l'assemblage du système linéaire Résoudre le problème Calculer les FICs Mettre à jour les level-sets lsn et lst
La propagation de la fissure se fait selon des lois bien définies Fatigue Fracture fragile etc...
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Méthode des EF étendus
Propagation de fissures
Calcul des facteurs d'intensité de contraintes On utilise les intégrales d'interaction
J=∫[ 12ijij1j−ij
∂ ui
∂ x1]n jd
J 12=∫
[ 1
2 ij
1ij
2ij
1ij
21j− ij
1ij
2∂ui
1ui
2
∂ x1]n j d
I 12=2
1−2
EK 1
1K 12K 2
1K 22
1K 3
1K 32
n j
I 12=∫
[ ij
1ij21j−ij
1 ∂ ui2
∂ x1
− ij2 ∂ ui
1
∂ x1]n jd
=J 1J 2
I 12
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Méthode des EF étendus
Propagation de fissures
Passage d'une intégrale de contour à une intégrale de volume (fissure non chargée)
On a : et vaut 1 à l'intérieur du domaine et tend vers 0 sur la frontière . est la vitesse virtuelle de propagation de la fissure (norme 1)On interpole sur le maillage.
I 12=∫V
∂qm
∂ x jkl
1kl2mj− ij
1 ∂ui2
∂ xm
− ij2 ∂ui
1
∂ xmdV
qm=⋅vm
vm
V
vm
=1 =0
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Méthode des EF étendus
Propagation de fissures
Vitesse de propagation
Exemple : Alliages sous sollicitation cyclique Loi de Paris pour la vitesse :
dadN
=C⋅K m
Alliage m C (m/cycle)
Acier 3 10−11
Aluminium 3 10−12
Nickel 3.3 4⋅10−12
Titane 5 10−11
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Méthode des EF étendus
Propagation de fissures
– Direction selon la contrainte tangentielle maximale :
– On choisit le qui correspond à maximal (en traction).
∂
∂=0 cos
c
2 [ 12K 1 sinc
12K 2 3cosc−1]=0
c=2arctan14 K 1
K 2
± K 1
K 2
2
8
{
r }=
K 1
42 r {3cos
2cos
32
sin2sin
32
} K 2
42 r {−3sin
2−3 sin
32
cos23 cos
32
}
c
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Méthode des EF étendus
Mise à jour des level-sets
Il existe plusieurs algorithmes mais l'essentiel est de : conserver la notion de distance signée à
l'interface pour lsn Avoir au voisinage de la pointe de fissure un
repère orthonormé constitué par (lst,lsn)
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Méthode des EF étendus
Mise à jour des level-sets
Transport de lsn et lst
iso-0 lst1 "avant"
iso-0 lsn1
"avant"
iso-0 lst 2 "après"
iso-0 lsn2
"après"
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Méthode des EF étendus
Mise à jour des level-sets
Reconstruction de lsn et lst
lsn1 & lst1 "avant" lsn2 & lst2 "après"
lst=lst2
lsn=lsn1
lst=cos ⋅lst 2sin ⋅lsn2
lsn=−sin ⋅lst2cos ⋅lsn2
dx=lst1−lst2
dy=lsn1−lsn2
=atan2dy , dx
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Méthode des EF étendus
Mise à jour des level-sets
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation
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Méthode des EF étendus
Propagation 3D
lsn lst lst (sur la surface) vitesse
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Méthode des EF étendus
Propagation 3D
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Méthode des EF étendus
Propagation 3D
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Méthode des EF étendus
Points délicats
Intégration On doit sous-découper les éléments le long de
l'interface On doit augmenter l'ordre d'intégration en pointe
de fissure
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Méthode des EF étendus
Points délicats
Conditionnement Si le choix des ddl enrichis est mauvais,
possibilité d'une matrice de raideur singulière Passage de la fissure proche d'un noeud -> on
impose de passer sur le noeud. Les fonctions d'enrichissement en pointe de
fissure peuvent induire un mauvais conditionnement (elles se « ressemblent »)
Utilisation d'un préconditionneur adapté
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Méthode des EF étendus
Points délicats
Conditionnement
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Problème de thermique
Q=10000T=0
Alu, k=230
Acier, k=40
A
A
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Méthode des EF étendus
L'interface est représentée par une level-set :
Cette interface peut être de géométrie complexe ou changeante Pas de correspondance avec le maillage
={x∈ / ls x =0 }
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Modèle élément finis
tel que
Trouver u∈H 01 tel que
a u , v =bv ∀ v∈H 01
a u , v =∫
k ∇ u⋅∇ v d bv =∫
f x ⋅v d
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
On souhaite représenter correctement le profil de température le long de l'interface Coupe A-A : allure de T théorique
A AInterface
T
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
La discontinuité est sur la dérivée de T Si l'interface passe par les frontières entre
les éléments finis, alors la discontinuité fait naturellement partie de l'espace fonctionnel.
InterfaceT
éléments finis
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
La discontinuité est sur la dérivée de T Si l'interface ne passe pas par les arêtes des
éléments finis, alors ...
InterfaceT
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Ceci explique la solution approximative
Solution exacte Solution EF standard
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
L'idée est d'enrichir la discrétisation éléments finis afin de faire apparaître une discontinuité sur le gradient.
Il existe plusieurs possibilités. La plus simple est la suivante:
u x =∑i∈
i N i x ∑j∈C
j* N j x ⋅F x
F 1x =∣ls x ∣
x
F
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Définition de l'ensemble C des noeuds enrichis Cette fois, seuls les
noeuds dont au moins un élément du support est coupé sont enrichis
En particulier, si l'interface longe les frontières des éléments, il n'y a pas d'enrichissement
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Voici d'autres fonctions d'enrichissement
x
F
F 2x ={∣ls x ∣dans les élements coupés1ailleurs
F 3 x =∑i
∣lsi∣⋅N i x −∣∑i
lsi⋅N i x ∣
F 1x
F 2 x
F 3 x
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
En pratique, donne les meilleurs résultats Sur un problème simple, les fonctions et
sont capables de redonner la solution exacte (linéaire par morceaux) lorsque l'interface n'est pas maillée, mais pas .
F 3 x
F 2 x F 3 x
1 2
QT
F 1 x
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Comparaison des solutions obtenues
Solution sans enrichissement Solution avec enrichissement
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Comparaison des solutions obtenues
Solution exacte Solution avec enrichissement
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Comparaison du gradient
Solution sans enrichissement Solution avec enrichissement
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Comparaison du gradient
Solution exacte Solution avec enrichissement
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Méthode des EF étendus
Interface bi-matériau
Convergence
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Méthode des EF étendus
Recherche et applications actuelles
Discontinuités dans la variable primale Fissures
non linéaire, plasticité propagation dynamique
Suivi de front de solidification hydrogels
Discontinuités dans la dérivée Homogénéisation Interfaces bi-matériau
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Méthode des EF étendus
Recherche et applications actuelles
Amélioration de la qualité des algorithmes de propagation de fissures
Applications à d'autres matériaux Plasticité confinée Matériaux piézoélectriques Matériaux composites
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Recherche et applications actuelles
Interfaçage direct avec la CAO pour la simulation numérique Passage d'une représentation explicite des
surfaces à une représentation implicite par level-sets
Frontières des solides non maillées Imposition des conditions aux limites (dirichlet et
autres) Interfaces matérielles non maillées
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Méthode des EF étendus
Recherche et applications actuelles
Applications en dynamique explicite Géométrie non maillée -> pb de pas de temps
critique Propagation de fissure dynamique (changement
d'enrichissement en pointe de fissure -> problèmes de conservation de l'energie)
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Méthode des EF étendus
Conclusion
La méthode des éléments finis étendus (X-FEM) date d'une dizaine d'année (Moës 1999). Elle est basée sur la méthode de partition de l'unité (Babuska 1997)
Comparée à la méthode des éléments finis classique, elle permet de relaxer les contraintes imposées au maillage pour la simulation de phénomènes physiques divers, par exemple propagation de fissures, interfaces matériaux et bien d'autres. Elle est fréquemment associée à la technique des level-sets (Sethian 1998) pour la modélisation des interfaces
Le but est d'améliorer la FEM, pas de la remplacer, et de conserver ses attraits en y ajoutant des particularités permettant de faire des choses impossibles par ailleurs.
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Méthode des EF étendus
Conclusion
La méthode des éléments finis étendus permet de faire apparaître dans l'espace fonctionnel des éléments finis des discontinuités ou des formes particulières de solution.
Discontinuités sur le champ primal :
- Fissures (discontinuité sur le déplacement)
Discontinuités sur le champ gradient :
- Interface entre deux matériaux aux propriétés différentes (discontinuité sur le gradient du déplacement)
Fonctions mal représentées par les éléments finis :
- Champs autour d'un angle concave (concentration de contraintes), champs dans une couche limite, pointe de fissure...
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Méthode des EF étendus
Bibliographie
Babuska I. Melenk J.M. « The partition of unity method » IJNME, 40:727-758,1997Barth T.J. Sethian J.A. « Numerical schemes for the hamilton-jacobi and level-set equations on triangulated domains » JCP 145:1-40,1998Béchet E. Minnebo H. Moës N. Burgardt B. « improved implementation and robusness study of the X-FEM for stress analysis around cracks » IJNME 64:1033:1056,2005Béchet E. Scherzer M, Kuna M, « Applications of the X-FEM to the fracture of piezoelectric materials, IJNME 77:1535:1565,2009Béchet E. Moës N. Wohlmuth B. « A stable lagrange multiplier space for stiff interface conditions within the extended finite element method » IJNME, Accepted, Early view on publisher website.Belytschko T. Moës N, Usui S, Parimi C, « arbitrary discontinuities in finite elements » IJNME 50:993-1013,2001Belytschko T. Chessa J. Zi G. Xu J. Th extended finite element method for arbitrary discontinuities, Computational mechanics – Theory and practice »K.M. Mathisen, T. Kvamsdal et K.M. Okstad (dir), CIMNE Barcelona, Spain 2003Breitkopf P (dir) « La méthode des éléments finis – extensions et alternatives » Hermes-Lavoisier, France, 2006Daux C Moës N. Dolbow J Sukumar N Belytschko T. « Arbitrary branched and intersecting cracks with the extended finite element method » IJNME 48:1741-1760,2000Dolbow J. Moës N. Belytschko T. « Discontinuous enrichment in finite elements with a partition of unity method » FEAD 36:235-260,2000Gravouil A. Moës N. Belytschko T. « Non planar 3D crack propagation by the extended finite element method and level-sets part II: level-set update » IJNME 53:2569-2586,2002Legrain G. Moës N. Verron E « stress analysis around crack tips in finite strain problems using the X-FEM » IJNME 63:290-314,2005Moës N. Béchet E. Toubier M. « Imposing essential boundary conditions in the extended finite element method »IJNME 67:1641-1669Moës N. Cloirec M. Cartraud P. Remacle J.F. « a computational approach to handle complex microstructure geometries » CMAME 53:3163-3177,2003Moës N. Dolbow J. Belytschko T. « A finite element method for crack growth without remeshing », IJNME 46:133-150,1999
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Méthode des EF étendus
Bibliographie
Moës N. Gravouil A. Belytschko T. « Non planar 3D crack propagation by the extended finite element method and level-sets part I : Mechanical model IJNME 53:2549-2568,2002Osher S, Fedkiw R. « level-set methods and dynamic implicit surfaces » Springer-verlag 2002Rhetore J. Gravouil A. Combescure A. « an energy conserving scheme for dynamic crack growth with the X-FEM » IJNME 63:631-659,2005Sethian J.A. « level set methods and fast marching methods : evolving interfaces in computational geometry, fluid mechanics, computer vision and material sciences »Cambridge university press, UK, 1999Sukumar N.Chopp D.L. Moës N Belytschko T. « modeling holes and inclusions by level-sets in the extended finite element method » CMAME 190:6183-6200,2001Sukumar N. Moës N. Moran B. Belytschko T. « Extended finite element method for three dimensional crack modelling » IJNME 48:1549-1570,1999Strouboulis T. Babuska I. Copps K. « The design and analysis of the generalized finite element method » CMAME 181:43-71,2000
Nota :
IJNME = International journal for numerical methods in engineering (Wiley)CMAME = Computer methods in applied mechanics and engineering (Elsevier)FEAD = Finite element in analysis and design (Elsevier)JCP = Journal of computational physics (Elsevier)