Rechercher

sur ce site


Accueil du site > Equipes_Fr_En_It > Mécanique, matériaux et optimisation de formes > Logiciels > Logiciels

Logiciels

Projet Rodin

(Robust structural Optimization for Design in INdustry)

logo RODIN

Le projet RODIN est financé par le FUI pour 3 ans et a démarré en juillet 2012.


Partenaires du projet RODIN

  • CMAP, Ecole Polytechnique: Thomas Abballe, Grégoire Allaire, Olivier Pantz.
  • LJLL, Universités Pierre et Marie Curie (Paris 6) et Denis Diderot (Paris 7): Pascal Frey, François Jouve.
  • INRIA Bordeaux: Cécile Dobrzynski, Algiane Froehly.
  • Renault: Marc Albertelli.
  • EADS-IW: Fabien Mangeant, Vassili Srithammavanh.
  • ESI-Group: Axelle Caron, Philippe Conraux, Damien Lachouette.
  • Eurodecision: Thierry Le Sommer.
  • DPS: Kevin Maquin, Eddy Del Gallo.
  • Alneos: Aymery Assire, Luca Dallalio, Stanislas Wilusz.

  • Thèses dans le cadre du projet RODIN

  • Charles Dapogny, Renault, LJLL, CMAP.
  • Gabriel Delgado, EADS, CMAP.
  • Georgios Michailidis, Renault, CMAP.
  • Aymeric Maury, LJLL, CMAP.
  • Jean-Leopold Vié, ENPC/CERMICS, CMAP.

  • Objet du projet RODIN

    Ces dernières années, l'optimisation topologique a suscité un intérêt croissant dans les bureaux d'études des secteurs automobile et aéronautique. Pour jeter les bases d'un premier dessin sur lequel concepteurs et ingénieurs-calcul itèrent jusqu'à atteindre le niveau voulu de prestation, l'expérience est indispensable. Pourtant, sans qu'il soit nécessaire d'introduire de la connaissance a priori, ces technologies parviennent à "sculpter" les formes qui vont directement permettre d'atteindre les performances attendues par les "pilotes prestation". Mieux encore, les pièces ainsi optimisées ont affiché des gains en masse allant jusqu'à 20%, c'est-à-dire plus que ne pourrait l'autoriser l'introduction de nouveaux matériaux aussi élaborés soient-ils. Cependant, lorsque les concepteurs ont voulu utiliser ces techniques sur des organes plus complexes, ils ont été confrontés à d'importants verrous technologiques. Quelques années après ces premiers essais et malgré les progrès des logiciels commerciaux, le champ couvert reste toujours très modeste (petites pièces, cahiers des charges simples).

    Démarche de conception basée sur l'utilisation de l'optimisation topologique

    Comme l'illustre la figure précédente, l'optimisation topologique consiste à déterminer dans le volume disponible le design de masse minimale respectant les exigences mécaniques. Contrairement aux approches par plans d'expériences qui consistent à paramétrer sa pièce et à explorer dans l'espace de ces paramètres la meilleure combinaison possible, l'optimisation topologique a créé deux ruptures : (1) aucun paramétrage métier n'est requis, allégeant fortement le travail des concepteurs soucieux de dessiner au plus juste ; (2) tandis que le champ du possible pour les approches par plans d'expérience est limité par la capacité des dessinateurs à imaginer et à créer des paramètres, les techniques d'optimisation topologique n'ont d'une certaine façon plus de limite, augmentant ainsi le potentiel d'amélioration. Il suffit juste de définir son volume fonctionnel. Cependant elles souffrent d'un certain nombre de limitations technologiques que ce projet ambitionne de lever : (1) la grande difficulté à prendre en compte les contraintes de fabrication sans quoi le résultat est sans intérêt ; (2) l'impossibilité à traiter les vrais des cahiers des charges basés sur des analyses complexes ; (3) la lourdeur de la démarche (beaucoup d'itérations et de manipulations, interprétation difficile, etc).

    Dans le cadre de ce projet, nous voulons mettre au point une démarche nouvelle et automatique de conception qui irait du volume fonctionnel au dessin final. Nous proposons d'enchainer une étape d'optimisation topologique dictant les grandes lignes de dessin, avec une optimisation géométrique pour l'affiner. Pour dépasser les outils actuels, nous misons sur : (a) l'utilisation d'une approche mathématique (méthode des lignes de niveaux) totalement différente de celle en vigueur dans les outils du commerce (matériau à densité variable ou SIMP) ; (b) développer une méthode d'optimisation géométrique tirant profit de percées récentes en matière de déformation de maillage. Dans sa première phase le projet dure 3 ans et est supporté par un consortium de 9 partenaires : (1) deux utilisateurs finaux, Renault et EADS, qui fournissent des cas-test reflétant la complexité industrielle ; (2) trois académiques (CMAP, LJLL et INRIA Bordeaux) qui apportent leur expertise en mathématiques appliquées, optimisation des structures et déformation de maillage ; (3) un éditeur de logiciel, ESI-Group, qui fournit le logiciel d'analyse mécanique et qui permet d'anticiper la phase d'industrialisation ; (4) trois PME, Eurodecision, DPS et ALNEOS, respectivement spécialisées en optimisation, en développement autour de CATIA, et dans les échanges entre logiciels.

    Les partenaires académiques du projet, à l'origine de la méthode des lignes de niveaux en optimisation de structures, ont déjà démontré le potentiel de cette aproche. Il s'agit donc d'intégrer l'existant dans un prototype logiciel qui sera mis à disposition des industriels, et dans le même temps de poursuivre les travaux de recherche sur (1) l'extension de la méthode à des modèles complexes, (2) le développement d'algorithmes de maillages mobiles avec changement de topologie, (3) l'adaptation au cadre de la méthode des lignes de niveaux d'algorithmes d'optimisation avancés, pouvant prendre en compte un grand nombre de variables et de contraintes.

    Le besoin d'optimisation géométrique et topologique de structures dépasse largement le secteur automobile ou aéronautique. Alors que les outils de référence actuels sont américains et japonais, nous pensons raisonnablement que le projet RODIN débouchera, dans un horizon de quelques années, sur un champion national dépassant l'existant grâce à de nouvelles technologies numériques.

    Méthode Ligne de Niveau sous scilab

    G. Allaire, A. Karrman and G. Michailidis ont développé une série de scripts scilab appliqués à l'optimisation de forme par la méthode des lignes de niveau.

    Boite à outils FreeFem++ pour l'optimisation de formes

    Nous proposons un certain nombre de programmes FreeFem++ pour optimiser l'épaisseur, la géométrie ou la topologie de structures élastiques. Tous les exemples proposés sont en dimension deux d'espace (une version 3-d est en cours de développement). Ces programmes ont été écrits par G. Allaire, B. Boutin, C. Dousset, O. Pantz.

    Avertissement Malgré tout le soin apporté à leur écriture, ces programmes FreeFem++ sont donnés sans aucune garantie. Leurs auteurs déclinent toute responsabilité liée à l'utilisation de ces programmes.

    Qu'est ce que FreeFem++ ? FreeFem++ est un logiciel libre implémentant la méthode des éléments finis (Finite Element Method=FEM) développé par F. Hecht, O. Pironneau, A. Le Hyaric, K. Ohtsuka écrit en C++ au sein du Laboration Jacques Louis Lions. C'est un logiciel libre, disponible à la fois sous systèmes Unix (et Linux), Mac OS et Windows. Il est librement téléchargeable sur le site FreeFem++.

    Optimisation de forme paramétrique

    • plaque.edp Minimisation de la compliance d'une plaque élastique par rapport son épaisseur.
    • contrex.edp Minimisation d'un critère de moindre carrés d'un plaque élastique par rapport à son épaisseur

    Optimisation de forme géométrique

    Optimisation de forme topologique

    • torsion.edp Maximisation de la rigidité d'une barre élastique en torsion constituée de deux phases.
    • cantilever.homog.edp Minimisation de la compliance d'un cantilever (avec pénalisation des composites).
    • cantilever.homog.edp Minimisation de la compliance d'un cantilever (avec pénalisation des composites).
    • cantilever.homog.struct.edp Minimisation de la compliance d'un cantilever sur un maillage structuré.
    • pont.homog.struct.edp Minimisation de la compliance d'une arche sur un maillage structuré.

    Méthode des lignes de niveaux

    D'autres scripts FreeFem++

    D'autres implémentations des méthodes géométrique et d'homogénéisation sont disponibles sous forme d'archive OptFree.tgz ou directement en ligne dans ce répertoire.

    CMAP UMR 7641 École Polytechnique CNRS, Route de Saclay, 91128 Palaiseau Cedex France, Tél: +33 1 69 33 46 23 Fax: +33 1 69 33 46 46