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Conception aérodynamique d'une aile haubanée à grand rapport d'aspect basée sur une stratégie MDO
No full textInternational audienc
Peinture sensible à la pression à réponse rapide à base de ruthénium et de composé luminescent inorganique, corrigée en température
No full textInternational audienceTemperature variations are one major source of error in Pressure Sensitive Paint (PSP) measurements. This study presents the development of a fast-responding two component-ruthenium-based PSP, including the synthesis of a blue excitable thermographic phosphor which presents a high temperature sensitivity at ambient temperature and a short decay time. Its near infrared emission band is well separated from the ruthenium emission and therefore its incorporation in the paint does not to degrade the pressure sensitivity. The two-component fast responding paint formulation is then applied to a shock-boundary layer interaction test case as a first demonstration the paint ability to capture pressure fluctuations and to accurately correct the pressure readings.Les variations de température constituent l'une des principales sources d'erreur dans les mesures de peinture sensible à la pression (PSP). Cette étude présente le développement d'une peinture sensible à la pression à deux composants à base de ruthénium et d'un luminophore inorganique excitable dans les longueurs d'ondes bleues qui présente une sensibilité élevée à la température et une courte durée de vie de la luminescence. Sa bande d'émission dans le proche infrarouge est bien séparée de celle du ruthénium et son incorporation dans la peinture ne dégrade donc pas la sensibilité à la pression. La formulation de la peinture à réponse dynamique à deux composants est ensuite appliquée à un cas d'essai d'interaction d'onde de choc et de couche limite, afin de démontrer pour la première fois la capacité de la peinture à capter les fluctuations de pression et à corriger avec précision les effets de température sur les relevés de pression
E-compagnion:Decomposition methods for the beam-layout optimization problem
No full textIn this article, we study an optimization problem related to the design of a telecommunication satellite, namely the beam-layout optimization problem in which the goal is to define the beams emitted by the antennas of a geostationary satellite to cover regions on Earth. Four key features of the application tackled are that (1) the regions to cover are defined as polygons, (2) there is a very large number of candidate beams, (3) the selected beams need to be colored (actually, allocated to an antenna reflector) and two close beams cannot have the same color, and (4) the candidate beams have heterogeneous sizes and the sizes of the selected beams must be minimized for efficiency reasons. We provide a complexity analysis, showing that the problem is NP-hard. To solve this challenging problem, we introduce two decomposition methods based on column generation and logic-based Benders decomposition, to go beyond the existing heuristic approaches. The experimental results show that these decomposition methods provide high-quality solutions within limited computational times, and that the logic-based Benders decomposition approach finds the optimal solution for many instances.Dans cet article, nous étudions un problème d'optimisation lié à la conception d'un satellite de télécommunications, à savoir le problème d'optimisation de la disposition des faisceaux dans lequel l'objectif est de définir les faisceaux émis par les antennes d'un satellite géostationnaire pour couvrir des régions sur Terre. Quatre caractéristiques clés de l'application traitée sont que (1) les régions à couvrir sont définies comme des polygones, (2) il y a un très grand nombre de candidats faisceaux, (3) les faisceaux sélectionnés doivent être colorés (en réalité, alloués à un réflecteur d'antenne) et deux faisceaux rapprochés ne peuvent pas avoir la même couleur, et (4) les candidats faisceaux ont des tailles hétérogènes et la taille des faisceaux sélectionnés doit être minimisée pour des raisons d'efficacité. Nous fournissons une analyse de complexité, ce qui montre que le problème est NP-difficile. Pour résoudre ce problème difficile, nous introduisons deux méthodes de décomposition basées sur la génération de colonnes et la décomposition de Benders basée sur la logique, afin d'aller au-delà des approches héuristiques existantes. Les résultats expérimentaux montrent que ces méthodes de décomposition fournissent des solutions de haute qualité dans des temps de calcul limités et que l'approche de décomposition de Benders basée sur la logique trouve la solution optimale pour de nombreux échantillons
Identification des propriétés thermiques urbaines en combinant la modélisation du microclimat urbain et les données satellitaires infrarouges thermiques
No full textInternational audienceClimate models are increasingly used to predict urban climate, but uncertainties in urban surface properties, such as thermal conductivity and capacity, lead to inaccuracies in comfort indices calculations. The forthcoming TRISHNA satellite mission will provide a unique dataset of thermal infrared imagery (TIR) to study urban area, with a planned spatial resolution of 57 meters and a revisit schedule of three times every eight days.This study aims to develop a novel method to identify urban thermal properties based on prior knowledge by combining urban microclimate modeling and high spatial resolution satellite TIR, to provide input to microclimate urban models, for outdoor summer comfort assessment. Using a Bayesian approach, the method compares observed satellite-derived land surface temperatures (LST) with simulated LST from a combination of microclimate (Solene micro-climate) and radiative (DART) models. In this present work, as TRISHNA not yet operational, simulated data also serves as the observations.An ideal street canyon model, representing typical urban structures, was used to validate the method. The approach improved the accuracy of thermal property estimates for horizontal surfaces by up to three times compared to random estimations within prior intervals. Best results were achieved with daytime TIR images acquired during the hottest days
Revisiting Nonlinear Impedance in Acoustic Liners
No full textInternational audienceAcoustic liners are essential for sound dissipation in aeroacoustic applications, but their impedance response often displays significant nonlinearity under varying sound pressure levels. This study investigates the impact of complex source excitations on the nonlinear impedance of aeroacoustic liners. Using both experiments and the Impulse Response Time-Domain Impedance Boundary Condition (IR-TDIBC) model, the paper explores how varying spectral content, including multitone excitations with different phase configurations, influences the impedance characteristics of liners. Experimental results are compared with theoretical predictions, revealing strong alignment and highlighting the significant role of excitation phase and amplitude in shaping the impedance response. It is the time-domain instantaneous particle velocity at the liner interface that proves to be the primary determinant of the nonlinear response, and the sole input required by the IR-TDIBC.Additionally, the influence of the shear grazing flow noise on the impedance is examined by superimposing a single-tone excitation on background flow noise at different Mach numbers. Flow-induced noise is found to increase resistance and decrease reactance, as observed in duct experiments, fully accounting for the changes in impedance under shear grazing flow conditions at high Mach numbers. These findings underscore the importance of considering both complex source excitations and flow-induced noise when modeling the impedance of aeroacoustic liners, with implications for improving the accuracy of impedance predictions in practical aeroacoustic applications
Formulations et techniques numériques pour le calcul de la pression acoustique et de son gradient par la méthode intégrale
No full textInternational audienceStarting from the Ffowcs Williams-Hawkings surface integral formulation for a moving medium, the article proposes rather simple expressions for the radiated pressure and its gradient in the time domain, that are valid for solid or porous, fixed or moving integration surfaces. Moreover, these original expressions allow calculations with integration surfaces in supersonic motion (such as rotating surfaces around propellers or rotors). Versions dedicated to fixed integration surfaces are also proposed. The usual locally compact and the fully non-compact integration techniques are recalled, with, for both, a detailed description of efficient calculation algorithms. Particular attention is devoted to the order of precision of the calculations. The time derivation techniques and integration schemes used in this study lead to a theoretical second order that can easily be increased for the locally compact integration method. The results of these expressions and integration methods are compared to the analytical solution for the case of a fixed monopole and for that of a rotating monopole. They clearly show the benefit of the direct gradient calculation over a calculation by finite differences of the pressure around the observation point, particularly for broadband signals.A partir de la formulation intégrale surfacique de Ffowcs Williams-Hawkings pour un milieu en mouvement, l'article propose des expressions assez simples pour la pression rayonnée et son gradient dans le domaine temporel, valables pour des surfaces d'intégration solides ou poreuses, fixes ou mobiles. De plus, ces expressions originales permettent des calculs avec des surfaces d'intégration en mouvement supersonique (comme des surfaces tournantes autour d'hélices ou de rotors). Des versions dédiées aux surfaces d'intégration fixes sont également proposées. Les techniques d'intégration localement compactes usuelles et entièrement non compactes sont rappelées, avec, pour les deux, une description détaillée d'algorithmes de calcul efficaces. Une attention particulière est portée à l'ordre de précision des calculs. Les techniques de dérivation temporelle et les schémas d'intégration utilisés dans cette étude conduisent à un second ordre théorique qui peut facilement être augmenté pour la méthode d'intégration localement compacte. Les résultats de ces expressions et méthodes d'intégration sont comparés à la solution analytique pour le cas d'un monopôle fixe et pour celui d'un monopôle tournant. Ils montrent clairement l'intérêt du calcul direct du gradient par rapport à un calcul par différences finies de la pression autour du point d'observation, en particulier pour les signaux à large bande
Innovative techniques for reduced order models in fluid dynamics
No full textInternational audienceReduced Order Models (ROMs) are approximations of High-Fidelity (HF) models, designed to enable fast and efficient simulations while maintaining an acceptable level of accuracy. This is particularly important when simulations need to be repeated under different input parameters, namely in many-query problems. However, developing ROMs that are accurate and preserve the physical properties and structures of HF models remains a major challenge. Examples of essential features are conservation, positivity, entropy preservation, well-balanced property, and preservation of differential operators. Ensuring that ROMs are accurate is critical for achieving reliable and physically meaningful results.Recent advancements have introduced techniques such as domain decomposition to address complex geometries or follow particular structures (e.g. shocks, large gradient solutions), data enrichment approaches, and methods like registration and optimal transport to improve the representation of solution spaces, and thus reduce the Kolmogorov n-width. These approaches aim to ensure that ROMs provide fast predictionswithout overly sacrificing the accuracy of the underlying HF model.This minisymposium addresses the latest developments in ROM techniques and their applications across various fields of engineering and science. Particular attention will be given to applications in fluid dynamics, such as aerospace, biomedical engineering, geophysics, environmental modeling, and industrial processes. Contributions from other domains are also welcome, to promote interdisciplinary collaboration and investigation of new frontiers in reduced order modeling.Résumé traduit: Les Modèles de Bas Ordre (ROMs) sont des approximations de Modèles Haute Fidélité (HF), conçus pour permettre des simulations rapides et efficaces tout en maintenant un niveau d'exactitude acceptable. Ceci est particulièrement important lorsque les simulations doivent être répétées avec différents paramètres d'entrée, notamment dans les problèmes à multiples requêtes. Cependant, développer des ROMs qui soient précis et préservent les propriétés physiques et les structures des HF reste un défi majeur. Des exemples de caractéristiques essentielles incluent la conservation, la positivité, la préservation de l'entropie, la propriété d'équilibre et la préservation des opérateurs différentiels. Garantir que les ROMs soient précis est crucial pour obtenir des résultats fiables et physiquement significatifs.Les récentes avancées ont introduit des techniques telles que la décomposition de domaine pour aborder des géométries complexes ou suivre des structures particulières (par ex. chocs, grandes solutions de gradient), des approches d'enrichissement de données, et des méthodes comme l'enregistrement et le transport optimal pour améliorer la représentation des espaces de solution, réduisant ainsi la Kolmogorov N-width. Ces approches visent à garantir que les ROMs fournissent des prédictions rapides sans sacrifier outre mesure l'exactitude du modèle HF sous-jacent.Ce mini-symposium aborde les derniers développements dans les techniques de ROMs et leurs applications dans divers domaines de l'ingénierie et de la science. Une attention particulière sera portée aux applications en dynamique des fluides, telles que l'aérospatiale, la biomédecine, la géophysique, la modélisation environnementale et les processus industriels. Les contributions d'autres domaines sont également les bienvenues, afin de promouvoir la collaboration interdisciplinaire et l'investigation de nouvelles frontières dans la modélisation de bas ordre
Approche numérique haute performance pour la détection du contact dans les simulations parallèles massivement distribuées
No full textNumerical simulation is an essential tool in the design of mechanical systems, particularly in the fields of energy and aeronautics, to which the research laboratories of CEA and ONERA have been historically associated. In this context, contact between the parts of an assembly is one of the most critical physical phenomena in mechanical simulations, with a particularly performance-sensitive phase: contact detection. This detection relies on the meshes dividing the solids into numerous elements of small dimension and very simple geometry, and consists in performing geometric operations on these elements to locate the contact zones. These operations are, on one hand, highly variable from one simulation to another, and on the other hand, very computationally expensive. This calls for both high genericity and performance in the chosen methods. Accelerating the contact detection phase relies on the use of specialized data structures to perform a large-scale preliminary sort: Bounding Volume Hierarchies (BVH). These structures have been studied for over 40 years, particularly in the field of video games, but also in numerical simulations, in both cases to accelerate geometric operations. The central challenge of this thesis is to adapt and optimize existing algorithms for very large-scale simulations. Indeed, some numerical simulations use meshes containing several billion elements, which require parallelization with data distribution on supercomputers. This involves distributing computations and data across thousands of processing units (processors) to massively speed up simulations while pushing their limits in terms of size and complexity. There is very limited documentation in the literature regarding the use of BVHs in massively distributed environments. This approach presents significant challenges for algorithm development, as the data is distributed across separate memory spaces. Therefore, communication between processes must be handled via the Message Passing Interface (MPI) library to access the distributed data. The work carried out in this thesis focuses on analyzing and selecting algorithms from the literature to build a generic and high-performance approach to contact detection, and then on parallelizing and optimizing these methods for massively parallel numerical simulations. Optimizing such algorithms involves low-level analysis and enhancements to data structures. These enhancements improve data access performance, both for local data by addressing cache and data locality issues and for remote data by increasing the efficiency of data processing and transmission through MPI.La simulation numérique est un outil indispensable dans la conception de systèmes mécaniques, en particulier dans les domaines de l'énergie et de l'aéronautique auxquels sont historiquement associés les laboratoires de recherche du CEA et de l'ONERA. Dans ce contexte, le contact entre les pièces d'un assemblage est l'un des phénomènes physiques d'importance majeure dans les simulations mécaniques, qui présente une phase critique en termes de performance : la détection des contacts. Cette détection s'appuie sur les maillages qui divisent les solides en de nombreux éléments de petite dimension et de géométrie très simple, et consiste à réaliser des opérations géométriques sur ces éléments pour localiser les zones de contact. Ces opérations sont d'une part très variées d'une simulation à une autre, et d'autre part très coûteuses en temps de calcul, ce qui nécessite de développer des méthodes à la fois génériques et performantes. L'accélération de la phase de détection passe par l'utilisation de structures de données spécialisées qui permettent de réaliser un tri préalable à grande échelle : les Bounding Volume Hierarchies (BVH). Ces structures sont étudiées depuis plus de 40 ans, notamment dans le domaine des jeux vidéos, mais aussi dans le domaine de la simulation numérique, dans les deux cas pour y accélérer les opérations géométriques. Le défi au cœur de cette thèse est d'adapter et d'optimiser les algorithmes existants aux simulations de très grande dimension. En effet, certaines simulations numériques impliquent des maillages de plusieurs milliards d'éléments qui requièrent une parallélisation avec distribution des données sur des supercalculateurs. Ceci consiste à répartir les calculs et les données sur des milliers d'unités de calculs (des processeurs), afin d'accélérer massivement les simulations tout en repoussant leurs limites de taille et de complexité. L'utilisation des BVHs dans un environnement massivement distribué n'est que très peu documentée dans la littérature. Cette approche représente un challenge pour le développement des algorithmes, car les données sont distribuées sur des espaces mémoire distincts et il faut donc réaliser des communications entre processus avec la bibliothèque Message Passing Interface (MPI) pour y accéder. Le travail effectué dans cette thèse consiste donc à analyser et sélectionner les algorithmes disponibles dans la littérature pour construire une approche générique et performante de la détection des contacts, puis à paralléliser et optimiser ces méthodes pour les simulations numériques parallèles massivement distribuées. L'optimisation de tels algorithmes passe par une analyse bas niveau impliquant une amélioration des structures de données. Ceci permet d'accélérer les opérations d'accès aux données, aussi bien pour les données locales avec les problèmes de cache et de localité des données, que pour les données distantes avec la vitesse de traitement et d'envoi des données avec MPI
A generic physics-informed machine learning framework for battery remaining useful life prediction using small early-stage lifecycle data
No full textInternational audiencePredicting the remaining useful life (RUL) of fast-charging lithium-ion batteries using early-stage lifecycle data is remains challenging due to limited run-to-failure data and lack of knowledge on battery degradation mechanisms. To address this issue, a generic Physics-Informed Machine Learning (PIML) framework is developed. The PIML framework consists of two parallel branches: a physics-informed (PI) branch and a data-driven branch. The PI branch is a neural network stacked by the linear projection layers with embedded physics knowledge, while the data-driven branch is a task-specific machine-learning model. In addition, a three-step training strategy is introduced, including (1) Training the data-driven branch, (2) Training the PI branch for aligning physical consistency without updating the hyperparameters in the data-driven branch, and (3) Fine-tuning both branches simultaneously to achieve optimal performance. To validate this framework, a physics-based model that represents the growth of solid electrolyte interphase (SEI) and a dilated convolutional neural network are implemented in the PI and data-driven branches, respectively. The solid electrolyte interphase-informed dilated convolutional neural network (SEI-DCN) model is demonstrated on the Stanford–MIT–Toyota-battery dataset. Using only four lifecycle data, the SEI-DCN model achieves very high prediction accuracy compared to standard dilated CNNs and other state-of-the-art models under various testing conditions and lifetime ranges. Moreover, the framework is generalizable to different physics-based battery degradation models
Vers un modèle complet de mécanique de l'endommagement continu régularisé pour la propagation de fissures en fatigue
No full textInternational audienceEfficient crack propagation models are required to ensure that critical parts of an aircraft continue to perform their function even in the presence of cracks. One of the main difficulties is to model the different types of damage that can occur in the same formalism given the variety of loading paths during in-service conditions that these parts are subjected to. To meet this challenge, incremental models are of particular interest, especially those based on Continuum Damage Mechanics (CDM). However, in order to obtain mesh-independent results, these models require the use of regularization methods. In addition, to check the ability of the model to catch the crack growth kinetics when the model is intrinsically continuous, a damage-to-crack transition is required in order to monitor the crack size. All these issues need to be addressed before any comparison can be made between numerical results from finite element calculations and those from a conventional Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) approach. This paper proposes a possible solution by combining a regularized time-incremental model that takes into account two different types of damage (here fatigue and ductile damage) with a continuousdiscontinuous strategy to insert an easy-to-track discrete crack. The procedure is investigated on a nickel-based superalloy subjected to fatigue loading conditions at elevated temperatures. The high-temperature cyclic behavior of the material is modeled within the framework of unified elastic-viscoplasticity. The discrete crack, within structural calculations, is represented by successive crack-path tracking and remeshing steps. Finite element calculations illustrate the ability of the proposed strategy to recover features identical to those obtained with conventional LEFM methods.Des modèles efficaces de propagation de fissures sont nécessaires pour garantir que les pièces critiques d'un avion continuent à remplir leur fonction même en présence de fissures. L'une des principales difficultés consiste à modéliser les différents types de dommages qui peuvent se produire dans le même formalisme, compte tenu de la diversité des trajets de chargement auxquels ces pièces sont soumises dans les conditions de service. Pour relever ce défi, les modèles incrémentaux sont particulièrement intéressants, notamment ceux basés sur la Mécanique de l'Endommagement Continu (MEC). Cependant, pour obtenir des résultats indépendants du maillage, ces modèles nécessitent l'utilisation de méthodes de régularisation. En outre, pour vérifier la capacité du modèle à saisir la cinétique de croissance des fissures lorsque le modèle est intrinsèquement continu, une transition entre l'endommagement et la fissure est nécessaire pour contrôler la taille de la fissure. Toutes ces questions doivent être abordées avant de pouvoir comparer les résultats numériques des calculs par éléments finis à ceux d'une approche conventionnelle de la Mécanique Linéaire Élastique de la Rupture (MLER). Cet article propose une solution possible en combinant un modèle incrémental en temps régularisé qui prend en compte deux types de dommages différents (ici la fatigue et l'endommagement ductile) avec une stratégie continue-discontinue pour insérer une fissure discrète dont le trajet de propagation est connu de manière incrémentale. La procédure est étudiée sur un superalliage base Nickel soumis à des conditions de chargement cycliques de fatigue à des températures élevées. Le comportement cyclique à haute température du matériau est modélisé dans le cadre de l'élasto-viscoplasticité unifiée. La fissure discrète, dans les calculs structurels, est représentée par des étapes successives de suivi du chemin de fissure et de remaillage conforme. Les calculs par éléments finis illustrent la capacité de la stratégie proposée à récupérer des caractéristiques identiques à celles obtenues avec les méthodes conventionnelles basées sur la MLER