Jean-Paul VILA : Dans le domaine de

Proposition de thèse CIFRE - IMPETUS Afea
Ref SPH0612
Méthodes numériques sans maillage pour la résolution des interactions fluide-structure en
dynamique rapide : applications à la biomécanique
Société : IMPETUS Afea SAS
Secteur : Editeur de Logiciels
Adresse : rue du Lanoux, 31330 Grenade sur Garonne
Site internet : http://www.impetus-afea.com
Contact :
Jean Luc LACOME : [email protected]
Jean-Paul VILA : [email protected]
Domaine
Simulation numérique en mécanique non-linéaire grandes déformations, mathématiques
appliquées.
Description de la société :
Dans le domaine de la dynamique rapide, la simulation numérique des phénomènes physiques
est un outil de développement et d'optimisation de nouvelles structures et de nouveaux
concepts mécaniques. IMPETUS Afea France est une Jeune Entreprise Innovante, éditeur de
logiciels, spécialisée dans le développement d'outils numériques pour la simulation multiphysique et l'offre de services associés. Les activités d’IMPETUS Afea sont concentrées sur
l’offre de réponses innovantes à des problèmes pointus d’ingénierie dans le domaine de la
modélisation numérique en dynamique rapide. Les marchés visés sont donc naturellement liés
au domaine automobile (crash, déploiement d’airbag …), aéronautique (impact structure, choc
à l’oiseau, procédés …) et spatial (impact hyper-véloces). Nos offres de services sont
indissociables d’activités de recherche avancées. En effet, le traitement des problématiques
visées nécessite souvent la levée d’incertitudes scientifiques et techniques et la recherche de
nouvelles
méthodes.
Les activités de recherches et développement d’IMPETUS Afea sont d’un point de vue
scientifique « classées » dans le domaine des méthodes numériques avancées appliquées à la
Mécanique. Ces investigations portent en particulier sur les méthodes dites « sans maillage »
(meshless) et les méthodes éléments finis iso-géométriques.
Depuis une vingtaine d'années, de nouvelles méthodes numériques, méthodes sans maillage,
alternatives à la méthode des éléments finis ont été développées et font l'objet de nombreux
travaux de recherche.
Ce contexte scientifique est à mettre en parallèle avec les attentes industrielles fortes dans le
domaine de la modélisation numérique robuste. En ce sens, la modélisation des procédés et
des structures sous sollicitations extrêmes sont des enjeux économiques majeurs car ils
permettent d’envisager des réductions importantes d’essais réels très couteux et une
optimisation accrue des boucles de conceptions et de validations.
Dans le cadre de cette activité de R&D, IMPETUS Afea recrute un doctorant sous contrat CIFRE
pour aider au développement du logiciel dans le domaine de la biomécanique.
Contenu de l'offre :
Type : Thèse CIFRE
Sujet de la thèse : Méthodes numériques sans maillage pour la résolution des interactions fluidestructure en dynamique rapide : applications à la biomécanique
Objectifs de la thèse :
Le logiciel IMPETUS Afea | Solver© utilise des méthodes numériques innovantes.
Les éléments finis isogéométriques permettent de résoudre des phénomènes dynamiques en
grandes déformations en évitant les distorsions de maillage posées traditionnellement par les
méthodes classiques. IMPETUS Afea a également développé une méthode numérique innovante à
base de particules discrètes pour la modélisation des effets de souffle.
Enfin, la méthode SPH, Smoothed Particle Hydrodynamics, a été implémenté dans le logiciel pour
la représentation des phénomènes physiques fortement couplés entre un fluide et une structure.
D'un point de vue algorithmique, ces méthodes sont développées sur des stations de travail GPU
(Graphic Processing Unit) qui permettent d'accélérer les calculs numériques.
Les objectifs de la thèse sont de développer des techniques numériques avec pour finalité la
simulation d'applications industrielles dans le marché de la biomécanique: simulation d'une valve
aortique, modélisation de l'impact d'une balle dans un simulant de tissu humain, blunt impact
BABT.
Le candidat devra améliorer les schémas numériques particulaires SPH pour l'approximation des
conditions limites en 3D. L'effort sera porté sur la précision du calcul des pressions dans le fluide.
Une étude bibliographique établira l'état de l'art dans ce domaine (particules fantômes, forces de
paroi, normal flux method) en détaillant les avantages et inconvénients des différentes techniques.
Le développement de nouvelles conditions limites doit permettre d'aboutir à un couplage fort
entre la partie éléments finis et SPH dans un environnement GPU. L'aspect validation de la
méthode comprendra un volet conservation de l'énergie. Une extension de cette méthode aux
aspects multi-GPU sera envisagée.
Compte tenu de la complexité mécanique et physique de applications industrielles biomécaniques
à considérer, la prise en compte des aspects multiphasique sera nécessaire. Des méthodes
numériques particulaires d'ordre élevé seront étudiées. Les premières amélioration porteront sur la
précision du schéma SPH pour un écoulement multiphasique (schéma de Godunov, amélioration
de la formulation particulaire)
Principales compétences du candidat recherché :
Etudiant ayant obtenu un Master2 de recherche en mathématiques appliquées, mécanique ou
équivalent ou un diplôme d'ingénieur dans ces mêmes disciplines.
Compétences clés : mathématiques appliquées, mécanique des milieux continus. Le candidat
devra avoir de bonnes connaissances dans la méthodes des éléments finis ainsi qu'en
mécanique des fluides/mécanique des milieux continus. Le candidat devra être à l'aise avec
les langages de programmation C, C++ et Fortran, l’architecture et le fonctionnement d’un
GPU. La connaissance de la bibliothèque CUDA et des techniques de parallélisation
OpenMP/MPI est un plus.
Informations pratiques :
Durée: 3 ans à partir de octobre 2012. Thèse CIFRE avec contrat à durée déterminé chez
IMPETUS Afea.
Le candidat sera principalement localisé dans les locaux de l'entreprise IMPETUS Afea à
Grenade (31). Des séjours en Norvège/Suède/USA seront à prévoir.