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Quantification de la fidélité des simulations hors du domaine de validation en dynamique de structures

Description

Dans le prolongement de la démarche globale de la Vérification et Validation de Simulations (V&V) [1,2], la conception robuste de comportements dynamiques de structures s’appuie sur le prototypage numérique et la notion de Quantified Margin of Uncertainty (QMU) [3,4].  Les décisions de conception sont prises dans le but de satisfaire les contraintes sur les performances requises (environnement vibratoire de la charge utile, tenue d’éléments critiques, etc) tout en restant robuste vis-à-vis des diverses sources d’incertitudes affectant la structure et son environnement. 

Quatre sources d’incertitudes peuvent impacter le QMU :  

    1. variabilité aléatoire (tolérances, sollicitations extérieures, etc) ;
    2. méconnaissances de modèle (lois de comportement des matériaux, comportement en raideur et dissipation des interfaces, simplifications géométriques, etc) ;
    3. incertitudes de design (caractéristiques des charges utiles, dimensions des composants, caractéristiques des équipements, etc) ;
    4. fidélité des simulations vis-à-vis des essais

Les essais de qualification de satellites ont pour but d’assurer l’intégrité des charges utiles lors du lancement. Ces essais permettent également le recalage du modèle et, dans une certaine mesure, la validation de la simulation pour la configuration testée. Cependant, la configuration structurale réelle (conditions aux limites, instrumentation, niveaux d’excitation, etc) peut être assez éloignée de la configuration testée. Il peut s’avérer délicat d’extrapoler la fidélité réelle des simulations par manque d’observations expérimentales dans le domaine de fonctionnement. 

L’objectif de cette thèse est de développer des indicateurs de robustesse pour la fidélité d’une simulation hors domaine de validation à partir des essais dans un autre domaine [5,6]. Cela conduira à une meilleure prise en compte des erreurs calculs-essais dans la conception robuste de structures similaires.

 Les aspects suivants seront étudiés :

  1. effets de compensation entre les paramètres recalés ainsi que l’impact des erreurs de forme du modèle ;
  2. impact de la modification des conditions initiales et des conditions aux limites ainsi que des nouveaux phénomènes physiques sur la fidélité de la prédiction ;
  3. développement d’un indicateur de robustesse pour la fidélité hors domaine de validation ;
  4. planification d’essais sur composants pour augmenter la robustesse des prédictions.

La méthodologie sera validée expérimentalement sur un cas-test laboratoire permettant d’introduire des modifications structurales permettant de séparer les domaines de validation et de prédiction. 

Références

  1. ASME, Guide for V&V in computational solid mechanics, Tech. Report 10, 2006.
  2. ASME, An illustration of the concepts of verification and validation in computational solid mechanics, Tech. Report 10.1, 2012.
  3. J. Helton, Quantification of margins and uncertainties: Conceptual and computational basis, Reliability Engineering & System Safety, Volume 96, Issue 9, September 2011, Pages 976–1013.
  4. F. Hemez, S. Atamturktur, The dangers of sparse sampling for the quantification of margin and uncertainty , Reliability Engineering and System Safety,  96 (2011) 1220-1231.
  5. K. Vanburen, S. Cogan, F. Hemez, S. Atamturktur,A Robust Approach to Quantifying Forecasting Uncertainty Using Proxy Simulations,International Modal Analysis Conference (IMAC), 25-28 January, Orlando FL, 2016.
  6. Graybill P., Tarekegn E., Tomkinson I., Van Buren K., Hemez F., Cogan S. (2017) A Case Study in Predictive Modeling Beyond the Calibration Domain. In: Barthorpe R., Platz R., Lopez I., Moaveni B., Papadimitriou C. (eds) Model Validation and Uncertainty Quantification, Volume 3. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. Springer, Cham.

Profil

Spécialité Master Mécanique et/ou Aéronautique

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : Institut FEMTO-ST, Département Mécanique Appliquée, Besançon
Directeur(rice) de thèse/recherche : COGAN Scott
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : scott.cogan@univ-fcomte.fr
Responsable Cnes de l'offre : HOT Aurélien

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