Contact treatment between deformable bodies and parallel computation for the 3D simulation of forging multibodies

Traitement de contact entre corps déformables et calcul parallèle pour la simulation 3D du forgeage multicorps

Josué Aristide Paul Barboza (1)

1 CEMEF - Centre de Mise en Forme des Matériaux

Nowadays, numerical simulation is a necessary industrial tool that saves time and money. FORGE3® multibodies software was developed within this framework, to make possible the treatment of a large number of deformable bodies with nonlinear constitutive equations like thermo-elasto-viscoplastic behaviour with large deformation. In this thesis, we present the developments that were carried out to take into account and to manage several deformable bodies of different rheologies. Therefore, a part of our work consisted in the implementation of a mechanical coupling between several deformable bodies which meshes do not match in the contact zone. The coupling is imposed by a penality method and a master/slave technique on the contact zone. The friction equations are integrated at the Gauss points by neglecting the relative movement of the bodies. In addition, a new pseudo-symmetrical formulation of the contact conditions is proposed, without overconstraining the problem. The referred methods are applied to solve the mechanical contact problem between deformable bodies and to treat the self-contact of the folds. In order to decrease the computational time, the methods have been parallelized by the S.P.M.D. (Single Program Multiple Dated) strategy. Referent applications underline the robustness of the developments that have been carried out and show the perspectives of our work.

La simulation numérique des procédés apparaît, de nos jours, comme un outil indispensable apportant des gains de temps et d'argent importants dans l'industrie. Le logiciel FORGE3® multicorps a été développé dans ce cadre, afin de pouvoir prendre en compte un grand nombre de corps déformables avec des lois de comportement non linéaires de type thermo-élastoviscoplastique en grandes déformations. Nous présentons dans ce mémoire les développements qui ont été réalisés pour prendre en compte et gérer plusieurs corps déformables de rhéologies différentes. Une partie de notre travail a donc consisté en l'implémentation d'un couplage mécanique entre plusieurs corps déformables dont les maillages sont incompatibles sur la zone de contact. Le couplage est basé sur une gestion du contact par la méthode de pénalisation et la technique du maître/esclave. Les équations du frottement sont intégrées aux points de Gauss en négligeant le mouvement relatif des corps. Une nouvelle écriture pseudo-symétrique des conditions de contact est proposée, sans surcontraindre le problème tout en améliorant le traitement du contact. Les méthodes utilisées pour résoudre le problème de contact mécanique entre corps déformables sont utilisées pour résoudre celui du repli de matière. Afin de diminuer le temps de calcul, la parallélisation du problème est abordée en utilisant la stratégie S.P.M.D. (Single Program Multiple Data). Les exemples d'applications proposés montrent la robustesse des développements effectués et offrent de nombreuses perspectives.

Mots clés: Contact; Friction; Multibodies; Finite elements; Non matching meshes; Parallel calculations; Self-contact; Forging; Objective slidding velocity

Mots clés: Frottement; Multicorps; éléments finis; Repli; Calcul parallèle; Maillages incompatibles; Forgeage; Vitesse de glissement objective

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Josué Aristide Paul Barboza. Traitement de contact entre corps déformables et calcul parallèle pour la simulation 3D du forgeage multicorps. Sciences de l'ingénieur [physics]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2004. Français. ⟨NNT : 2004ENMP1171⟩. ⟨pastel-00001359⟩