Doctorat
Titre
Optimisation de structures composites
Soutenue le 19 décembre 2002
Résumé
Le problème de la conception optimale d’une structure élastique en terme de maximisation de la rigidité globale de cette structure au moindre coût (par exemple au moindre poids) peut revêtir de multiples formes. L’une d’elle est la minimisation d’un critère énergétique global défini comme la somme pondérée de la compliance et d’un terme de coût.
Dans cette thèse, on se propose de développer des méthodes d’optimisation numériquement performantes qui permettent de résoudre ce problème de conception optimale d’une structure industrielle du milieu de l’aéronautique : l’assemblage de plaques composites. Pour ce faire, nous développons un nouveau modèle de renforcement d’un milieu tridimensionnel élastique linéaire par des plaques de Kirchhoff Love. En considérant un milieu tridimensionnel de faible rigidité renforcé par des plaques très rigides en comparaison, il nous permet de modéliser des structures élastiques linéaires de type assemblage de plaques composites.
Dans le cas de paramètres d’optimisation distribués, le problème d’optimisation considéré dans le cadre de l’élasticité linéaire peut se résoudre à l’aide d’un algorithme déjà existant numériquement performant qui effectue des minimisations locales par rapport aux paramètres d’optimisation et permet donc d’éviter tout calcul de sensibilité global sur la structure. En utilisant le modèle d’assemblage de plaques, nous proposons une application de cet algorithme à une structure non-académique, un volet de gouverne d’Airbus. A l’aide du même modèle, nous considérons ensuite le problème d’optimisation géométrique du positionnement optimal des renforts internes et montrons comment un choix de paramètres spécifique limite le nombre de minimums locaux.
Dans une deuxième partie, nous généralisons l’algorithme à paramètres distribués précédent aux cas des lois de comportement élastiques non-linéaires. Nous prouvons que seules les lois dérivant de potentiels thermodynamiques duaux proportionnels sont utilisables avec cet algorithme. Après avoir caractérisé de tels potentiels, nous étudions sa compatibilité avec quelques lois de comportement élastiques non-linéaire dissymétriques en tractioncompression qui caractérisent la dissymétrie de comportement de matériaux composites à fibres longues et de matériaux micro-fissurés.
Mots clés
Optimisation, Compliance, Structures composites, Assemblage de plaques, Elasticité non-linéaire, Dissymétrie en traction compression.
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HDR
Titre
Sur la prise en compte de l'anisotropie, de comportements non-linéaires et de la tenue mécanique en optimisation structurale
Soutenue le 3 décembre 2013
Résumé
Les travaux de recherche présentés ont pour finalité le développement d’outils numériques robustes et rapides de conception optimale d’une structure en phase d’avant projet (pour laquelle seuls les mécanismes et comportements prépondérants pour définir la meilleure topologie de la structure sont pris en compte).
Cet objectif industriel s’inscrit dans une démarche théorique de définition de méthodologies d’optimisation alliant trois éléments essentiels : calcul des structures, comportement matériau et algorithme d’optimisation. Les différentes études sont basées sur un algorithme d’optimisation de la rigidité structurale mesurée par la compliance (ou travail des efforts extérieurs) qui est convergent, robuste et numériquement performant car il ne nécessite que des calculs de sensibilités locaux.
Dans ce cadre, les thèmes abordés dans les études présentées se résument alors à la généralisation de cet algorithme d’optimisation à la prise en compte de la distribution de l’anisotropie (avec une application aux composites stratifiés), de comportements non-linéaires (élasticité non-linéaire, élastoplasticité) et de la tenue mécanique (par critère de résistance ou pilotée par l’endommagement).
Mots clés
Optimisation, composites stratifiés, élasticité non-linéaire, plasticité, endommagement
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Congrès internationaux avec actes
2013
- DESMORAT B., VINCENTI P.
Structural optimization of sandwich plates with variable stiffness,
ICCS 17, Porto, Portugal, 17-21 Juin 2013.
2012
- CATAPANO A., DESMORAT B., VANNUCCI P.
Strength optimisation of orthotropic plates through invariant formulation of phenomenological failure criteria,
ECCM 15, Venise, Italie, 24-28 juin 2012.
2011
- DESMORAT B., JIBAWY A., VINCENTI A.
Structural rigidity optimization of thin laminated shells,
ICCS 16, Porto, Portugal, 28-30 juin 2011.
2010
- DESMORAT B.
Structural rigidity Optimization with an Initial Stress Field,
WCCM 9, Sydney, Australia, 19-23 juillet 2010.
- VANNUCCI P., DESMORAT B., VINCENTI A., CARRERA E.
Mini symposium : Micro and macro structural optimisation with anisotropic composite materials,
ECCM 2010, Paris, France, 2010.
- VINCENTI A., DESMORAT B., JULIEN C., JIBAWY A.,
Optimal design of anisotropic composite structures by polar method and topology optimization,
ECCM 2010, Paris, France, 2010.
2009
- JIBAWY A., JULIEN C., DESMORAT B. and VINCENTI A.
Design of composite laminated structures by polar method and topology optimization,
ICCM 17, CDROM, Edimburg, Royaume-Uni, 27-31 juillet 2009. - JULIEN C., VINCENTI A., DESMORAT B. and LENE F.
Design of orthotropic laminated plates for maximum stiffness using the polar method,
WCSMO 8, CDROM, Lisbone, Portugal, 1-5 juin 2009.
2008
- VINCENTI A., DESMORAT B.
Optimal orthotropic material orientation by the use of polar representation,
WCCM 8 - ECCOMAS 5, CDROM, Venise, Italie, 30 juin-4juillet 2008. - JIBAWY A., DESMORAT B., VINCENTI A.
Composite laminated plates optimization with respect to polar parameters,
ASMO-UK/ISSMO 7 International Conference on Engineering Design Optimisation, CDROM, Bath, Royaume-Uni, 7-8 juillet 2008. - JULIEN C., VINCENTI A., and DESMORAT B.
Design of composite laminates for minimal elastic energy by the use of the polar method,
ASMO-UK/ISSMO 7 International Conference on Engineering Design Optimisation, CDROM, Bath, Royaume-Uni, 7-8 juillet 2008.
2007
- DESMORAT B., DESMORAT R.
Topology optimization of elasto-plastic structures in damage governed low cycle fatigue,
AIAA MDOSC 3 Multidisciplinary Design Optimization Specialist Conference, Hawaii, CDROM, USA, 23-26 avril 2007. - DESMORAT B.
Thermo-elastic compliance optimization,
ICMOSPS 1 International Conference on Modeling and Optimization of Structures, Processes and Systems, Durban, CDROM, South Africa, 22-24 janvier 2007.
2006
- DESMORAT B.
The concept of homogeneous thermodynamical potentials for nonlinear structural rigidity optimization,
3rd ECCM European Conference on Computational Mechanics, Lisbonne, Portugal, 5-8 juin 2006.
2005
- DESMORAT B., FRELAT J.
Compliance optimization with frictionless unilateral contact,
WCSMO 6 World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, Rio de Janeiro, Brazil, 30 mai-4 juin 2005.
2003
- DESMORAT B., DUVAUT G., VERINJENKO V.E., OLIVIER M.
Optimization of an industrial assembly of composite plates with respect to the relative ply thicknesses.
ICCST 4 International Conference on Composite Science and Tecnology, Durban, South Africa, 21-23 january 2003.
Congrès nationaux avec actes
2013
- VINCENTI A., DESMORAT B.
Optimisation de plaques sandwich à rigidité variable.
11ème Colloque National en Calcul de Structures, Giens, 13-17 mai 2013.
2011
- JIBAWY A., DESMORAT B., VINCENTI A.
Optimisation structurale de coques minces composites stratifiées.
10ème Colloque National en Calcul de Structures, HAL, Giens, 9-13 mai 2011.
2009
- JIBAWY A., JULIEN C., DESMORAT B., VINCENTI A., LENE F.
Optimisation de plaques stratifiées en représentation polaire,
9ème Colloque National en Calcul de Structures, Vol. 1, pp 499-504, Giens, 25-29 mai 2009.
2008
- DESMORAT B.
Topology optimization of elasto-plastic structures in damage governed low cycle fatigue,
1er congrès de la SM2A Société Marocaine de Mathématiques Appliquées, CDROM, Rabat, Maroc, 6-8 février 2008
2005
- BOHE V., DESMORAT B., LENE F., DAVIES P.
Caractérisation et modélisation du comportement mécanique des voiles.
14èmes Journées Nationales des Composites, vol. 2, 671-679, Compiègne, 22-24 mars 2005. - DESMORAT B., SPALATELU M., BOHE V., LENE F., CANEPA R.
Optimisation de forme des sous-domaines d’une structure élastique. Application aux voiles de bateaux.
7ème Colloque National en Calcul de Structures, vol. 1, pp. 187-192, Giens, mai 2005.
2003
- DESMORAT B., DUVAUT G.
Optimisation de structures constituées de matériauxà comportement élastique non linéaire,
XVI Congrès Français de Mécanique, CDROM, Nice, 1-5 septembre 2003. - DESMORAT B., DUVAUT G.
Optimisation de la position des renforts internes d’un assemblage de plaques composites,
6ème Colloque National en Calcul de Structures, Vol. 3, pp 239-246, Giens, 20-23 mai 2003.
Conférences
Le classement est organisé suivant :
The conference proceedings are classified in two categories :