«Développement de stratégies de calcul frugales pour la simulation de problèmes multiphysiques tels que le procédé de fabrication additive

Le stage se déroulera dans le cadre du laboratoire commun FuseMétal, entre ArcelorMittal et le laboratoire Roberval de l'Université de technologie de Compiègne.

Le stagiaire sera localisé sur le site de Montataire de l'ArcelorMittal, à proximité de la ville de Creil.

La simulation des procédés de fabrication additive ou du soudage implique la résolution de problèmes multiphysiques fortement couplés ainsi que des échelles de temps et d’espace très variées. La simulation monolithique de ces procédés, réalisée aux échelles les plus fines en temps et en espace afin de garantir la prédictivité des résultats obtenus, conduit à des temps de calcul très importants voire prohibitifs. Afin de limiter les temps de calcul, des hypothèses simplificatrices peuvent être réalisées tant sur les phénomènes physiques en jeu que sur les niveaux de couplage entre les physiques. Néanmoins ces  simplifications affectent la prédictivité des résultats et leur exploitation dans le processus d’optimisation des paramètres des procédés.

Dans ce contexte, le stage a pour but de contribuer à développer une stratégie de calcul qui permette, pour des problèmes multiphysiques, de contrôler la précision et la prédictivité des
résultats numériques tout en garantissant des temps de calcul compatibles avec l’utilisation de tels outils dans un contexte industriel.
Plus précisément, il s’agit de développer un outil générique permettant de coupler différentes physiques simulées chacune avec la discrétisation temporelle et spatiale la plus adaptée aux temps et dimensions caractéristiques des phénomènes en jeu. L’enjeu est alors de développer des outils de couplage entre les physiques qui permettent de garantir et transférer les grandeurs physiquement pertinentes entre modèles numériques. De manière complémentaire, il peut être envisagé de remplacer certaines physiques (ou «blocs de physiques») par des modèles réduits.

Une première étude a permis de poser les bases de la stratégie de couplage - tant du point de vue
logiciel que du point de vue scientifique - et de démontrer la pertinence d’une telle approche en
s’appuyant sur un cas d’étude bien maîtrisé et représentatif de la problématique. L’objectif visé par
ce travail est ainsi d’améliorer les performances de la stratégie déjà mise place afin de l’optimiser et
traiter des applications représentatives des cas de procédés de soudage ou de fabrication additive.
Dans l’approche déjà mise en place, le logiciel Comsol Multiphysics est couplé à Matlab. Un des
premiers points qui sera traité dans ce stage sera d’optimiser la stratégie de couplage Comsol /
Matlab. Des alternatives à ce couplage pourront être explorées afin d’en évaluer les performances
d’un point de vue temps de calcul.

Activités principales

- Mise en œuvre d’une stratégie de calcul frugale pour des problèmes multiphysiques
résolus sur l’outil Comsol Multiphysics
- Validation de l’approche proposée sur des cas tests académiques
- Évaluation de l’approche sur des cas à complexité croissante (physiques considérées,
passage en 3D, ...)
- Rédaction de rapports de présentation des résultats obtenus
- Présentation des résultats aux acteurs du projet et du laboratoire commun UTC-Arcelor : FuseMétal

La personne retenue pour ce stage aura une formation en mécanique. Elle aura des connaissances et compétences avérées en :

- Mécanique des milieux continus
- Méthode des éléments finis
- Langages de programmation, une bonne connaissance de Matlab et/ou d’un langage de
programmation tel que Python est attendue.

La personne retenue devra maitriser les techniques de communication et expressions écrites et orales afin de présenter efficacement son travail.