Multiscale simulation of solids by coupling molecular dynamics with finite elements. From numeric model to high performance simulation. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2007

Multiscale simulation of solids by coupling molecular dynamics with finite elements. From numeric model to high performance simulation.

Simulation multi-échelles des solides par une approche couplée dynamique moléculaire/éléments finis. De la modélisation à la simulation haute performance.

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Abstract

This thesis is about the study of simulation of solids by multiscale coupling methods (atomic method/continuum ACM). In this thesis, we present from mathematical models to data-processing implementations in an HPC parallel context. After having pointed out the various numerical methods used for solid simulations, such as molecular dynamics and the continuum mechanics, we present a state of the art of the existing methods used to couple together continuum and atomic models. We then consider the Bridging Method developed by T. Belytschko and S. Xiao which uses a bridging zone where both models exists and where degrees of freedom are coupled. After having presented a modification of the integration scheme that improves the stability of this solution, we will make a spectral analysis of a unidimentional coupling case. Then, we will present the data-processing techniques which were used in order to carry out the implementation of one prototype. The data-processing framework is based on a component software philosophy which allows, in fine, to couple generic codes in a software environment. In particular, we will present the algorithms and routines used to perform the parallel coupling. We will finally present the numerical results obtained on cases in dimension 2 and 3, for waves propagations and cracks propagations.
Cette thèse porte sur l'étude de la simulation des solides par des méthodes de couplage multi-échelles (méthode atomique/continue ACM). Dans ce travail de thèse, nous abordons des modéles mathématiques jusqu'à la réalisation informatique dans un contexte de calculs hautes performances parallèles. Après avoir appelé le fonctionnement des méthodes numériques utilisées dans le cadre de la simulation des solides, tels que la dynamique moléculaire et la mécanique des milieux continus, nous présentons les différentes méthodes de couplage existantes utilisées pour les coupler. Nous considérons la méthode Bridging Method développée par T. Belytschko et S. Xiao qui utilise une zone de recouvrement spatiale entre les deux modèles pour réaliser le couplage des degrès de libertés. Après avoir présenté une modification améliorant la stabilité de cette solution, nous ferons une analyse spectrale d'un cas unidimensionel couplé par cette méthode. Nous présenterons ensuite les techniques informatiques qui ont été mise en place afin de réaliser l'implémentation d'un prototype. La plateforme informatique est basé sur une philosophie de composants des entités logicielles qui autorise, in fine, de coupler les codes génériques dans un environnement logiciel. Notamment on s'intéressera à l'implémentation des routines qui permettent de paralléliser le couplage. Nous présenterons enfin les résultats numériques obtenus sur des cas tests en dimension 2 et 3 pour des cas de propagations d'ondes et de propagation de fissures.
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Dates and versions

tel-00263816 , version 1 (13-03-2008)
tel-00263816 , version 2 (13-03-2008)
tel-00263816 , version 3 (03-09-2008)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00263816 , version 3

Cite

Guillaume Anciaux. Simulation multi-échelles des solides par une approche couplée dynamique moléculaire/éléments finis. De la modélisation à la simulation haute performance.. Modélisation et simulation. Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00263816v3⟩
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