Isogeometric modeling for the optimal design of aerostructures - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Isogeometric modeling for the optimal design of aerostructures

Modélisation iso-géométrique pour la conception optimale des aérostructures

Résumé

Designing structural parts against the material limits, the impact of loads, and many other constraints, is of standard interest in engineering. However, improving the design of a structure can be long and drawn out, especially when a clear understanding of cause-effect relationships is missing. Finding the best possible design, namely the optimal design, is a complex task because it requires several competences. Usually, efficient geometric modeling is needed to accurately represent the structure. Conjointly, the geometric model should provide high flexibility during the design exploration. In addition, structural analysis must be fast enough to shorten the overall process. Besides, for the sake of compactness, a close connection between the geometric model and the structural analysis seems essential. Finally, all modeling choices are deeply related, and thus, they should be thought and built accordingly to the others. Therefore, IsoGeometric Analysis appears as a powerful tool for structural optimization since it uses a unique model with both high quality geometric and analysis properties. Here, we present a compact framework built on the core idea of IGA. We strive to construct unified models with new opportunities for structural design with a direct application to stiffened Aerostructures. More specifically, we present a solid-shell approach to impose continuous thickness variations. We formulate analytical sensitivities for standard and shell formulations. Then, we introduce an embedded technique that enables to impose complex shape updates. From the analysis point of view, we design a specific solver based on Domain Decomposition methods and Mortar approach for the coupling of non-conforming discretizations. Different examples with increasing level of complexity show the performances of the adopted methodologies.
Concevoir des structures au regard de leur comportement mécanique est une tâche importante en ingénierie. Cependant, cette phase de conception peut s'avérer longue et fastidieuse lorsque les relations de cause à effet ne sont pas correctement identifiées. Plus spécifiquement, il est généralement difficile d’obtenir la meilleure forme d’une structure (la forme optimale), car cela fait appel à de nombreuses compétences. En effet, des outils avancés pour la modélisation géométrique sont nécessaires pour représenter fidèlement la structure et pour explorer une large variété de formes. A cela s’ajoute le besoin d’une méthode de calcul de structures compétente et rapide afin de réduire la durée du processus d’optimisation. Un lien étroit entre le modèle géométrique et celui d’analyse est souhaité car tous deux sont amenés à communiquer successivement. Ainsi, l’Analyse IsoGéométrique apparaît comme un outil adéquat pour les problèmes d’optimisation paramétrique de formes. En effet, cette méthode s’appuie sur un modèle unique pour décrire fidèlement la géométrie et pour effectuer l’analyse. Entièrement basée sur le concept de l’AIG, nous construisons une stratégie de conception optimale de la forme pour les structures raidies, omniprésentes en aéronautique. Nous présentons une formulation massif coque permettant d’imposer des variations continues d’épaisseur à une structure mince. Nous formulons des sensibilités analytiques pour les éléments isogéométriques standards et coques. Aussi, nous présentons une approche immergée pour appliquer des changements de forme aux structures raidies. Du point de vue de l’analyse, nous construisons un algorithme dédié aux cas de discrétisations non-conformes en s'appuyant sur les méthodes de couplage Mortar et de décomposition de domaine. In fine, tous ces développements sont fusionnés et permettent de traiter divers exemples avec des niveaux de complexité croissants.
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Dates et versions

tel-02900658 , version 1 (16-07-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02900658 , version 1

Citer

Thibaut Hirschler. Isogeometric modeling for the optimal design of aerostructures. Structural mechanics [physics.class-ph]. Université de Lyon, 2019. English. ⟨NNT : 2019LYSEI092⟩. ⟨tel-02900658⟩
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