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Adaptation de modèles CAO paramétrés en vue d'une analyse de comportement mécanique par éléments finis

Foucault, Gilles (2007). Adaptation de modèles CAO paramétrés en vue d'une analyse de comportement mécanique par éléments finis. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Pour ufiliser efficacement les moyens de simulation,l'analyse mécanique par éléments finis (ÉE) doit être préparée en posant les hypothèses et en simplifiant le domaine d'étude. L'adaptation des modèles de conception (CAO) pour le calcul se traduit par l'élimination des détails de forme et de topologie afin de générer un maillage ÉF dont la taille des éléments est adaptée au comportement mécanique et à la précision souhaitée (carte de tailles). Actuellement, la préparation des modèles CAO pour le calcul ÉF reste une tâche longue et difficile à cause du manque d'outils automafiques pour éliminer ces détails et générer des maillages adaptés.

Notre travail contribue aux recherches concernant le passage entre les modèles CAO et les modèles de calcul ÉF en traitant trois points : la simplification des aspects de forme d'une pièce CAO, l'adaptafion de la topologie du modèle BREF, la génération de maillages trans-carreaux. Nous proposons des critères d'identification de détails de forme qui reposent sur les caractéristiques
de forme CAO et les besoins du maillage ÉF (carte de tailles, conditions aux limites). Ces critères identifient les transformations CAO nécessaires pour simplifier la forme du modèle.

Nous avons mis en place la structure et les opérateurs de Topologie des Contraintes de Maillage (TCM), qui visent à adapter la topologie d'un modèle CAO pour représenter uniquement les entités pertinentes pour la génération du maillage. Les opérateurs TCM gèrent des transformations
topologiques de haut niveau (par exemple découpage-suppression d'arête), et regroupent les surfaces et courbes sous-jacentes pour former des entités géométriques composites. Le processus
d'adaptafion est automafisé par des critères d'identification de détails qui déterminent automatiquement les opérations topologiques TCM nécessaires pour adapter la topologie aux contraintes du maillage : carte de tailles, géométrie, et zones de conditions aux limites.

La dernière partie de notre contribution étend la génération de maillages par approche frontale aux entités géométriques composites. Cette extension propose la génération de trajectoires trans-carreaux pour la progression frontale et la construction des images des éléments sur les carreaux d'une surface composite. Cette méthode utilise la géométrie exacte du modèle, ne nécessite pas de re-paramétrisation, et présente l'avantage de ne pas être limitée par la topologie et la forme des surfaces composites.

Titre traduit

Adaptation of CAD models for finite element analysis

Résumé traduit

Expressing hypotheses and simplifying an analysis domain are mandatory for current simulations in tbe context of finite element analyses (FEA). The adaptation of design models is achieved by the elimination of shape details and topological details in order to generate a finite element (EE) mesh where elements' size is well suited to part's mechanical behaviour and simulation accuracy goal (size map). Currently, the adaptation of large Computer Aided Design (CAD) models for FEA is a long and difficult task because of the lack of automatic tools to eliminate details and generate an adapted FE mesh.

Our work contributes to the automatic generation of FEA models from CAD design models with the following points :
- shape simplification of CAD models,
- topology adaptation of BREP models,
- trans-patch mesh generation over composite geometry.
We propose criteria to identify form features relying on CAD design features and FE mesh generation requirements (FE size map, boundary conditions). These criteria identify CAD transformations that are required to simplify the FEA model.

The second main contribution proposes the Meshing Constraints Topology (MCT) aiming at transforming a CAD model into a FEA model featuring only faces, edges, and vertices that are relevant for meshing. Therefore, MCT models represent explicitly the topology of meshing constraint entities. MCT operators provide high-level topological transformations (such as edge deletion), and cluster CAD faces and edges to form composite geometry. The adaptation process features identification criteria that determine automafically MCT operators required to adapt the CAD BREP topology to meshing requirements : FE size map, sharp edges, and boundary condition zones.

The last part of our contribution extends the advancing front triangulation over a single parametric surface (Cuillière, 1998) to surfaces composed with multiple parametric surfaces : the triangulation is propagated over multiple parametric domains, and front collisions are processed in the parametric space of surfaces. This method uses the exact BREP geometry, and presents the advantage to be applicable to closed composite surfaces, i.e. spheres and n-torus.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliogr. : f. [263]-267.
Mots-clés libres: adaptation, analyse, calcul, cao, comportement, composite, contrainte, detail, ef, element fini, generation, geometrie, maillage, mecanique, modele, simplification. topologie, CAO, Calcul par éléments finis, générafion de maillages, géométrie composite, topologie des contraintes de maillage, simplification de détails
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Maranzana, Roland
Léon, Jean-Claude
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Cuillière, Jean-Christophe
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 02 août 2010 15:41
Dernière modification: 11 nov. 2016 01:46
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/242

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