Logiciel de construction d’un matériau virtuel
Projet de fin d'étude
Résumé: L’objectif du projet est de réaliser un logiciel de construction de matériaux virtuels. Le matériau virtuel doit synthétiser toutes les caractéristiques importantes du matériau réel de manière à pouvoir ensuite être étudié par des séries d’expériences virtuelles. On doit pouvoir passer d’une description géométrique complexe d’une structure à sa représentation, ou à une de ses représentations en 3D, interactive et « interrogeable » par la souris.
SOMMAIRE
1. Introduction
1.1. Présentation du laboratoire
Mon projet s’est déroulé dans le laboratoire du CEMEF de l’école des Mines de Paris à Sophia-Antipolis. Le Centre de Mise en Forme des Matériaux, créé à Paris en 1974, est l'un des 18 centres de recherche de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris. Installé à Sophia-Antipolis en 1976 avec la volonté de participer à l'élaboration d'un nouveau pôle de haute technologie sur la Côte d'Azur, il s'est associé au CNRS (UMR 7635) en 1979.
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Sa vocation est triple:
- La transmission du savoir et du savoir-faire du CEMEF aux étudiants ingénieurs ou chercheurs en formation au Centre,
- La recherche appliquée,
- La collaboration active avec l'Industrie.
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Le CEMEF est leader européen dans le domaine de la recherche sur la mise en forme des matériaux. Près de 150 personnes dont plus de soixante doctorants travaillent sur des thèmes essentiels à la compréhension des procédés de mise en forme. Les activités de recherche du CEMEF concernent tous les types de matériaux (métaux, polymères, composites, verre, matières agroalimentaires, ...). Elles s'articulent autour de quatre axes scientifiques:
- La matière s'écoule, les outils doivent résister : axe thermomécanique des milieux continus;
- La matière s'oriente cristallise ou se texture : axe relations écoulement - cristallisation - morphologie; (relations entre la mise en oeuvre, la structure et les propriétés d'emploi);
- La matière frotte sur les outils : axe surfaces et mécanique du contact, usure, transfert thermique, lubrification;
- La modélisation numérique aux différentes échelles dans les procédés.
1.2. Présentation du contexte du projet
L’objectif du projet est de réaliser un logiciel de construction de matériaux virtuels. Par matériau virtuel, on entend une représentation numérique le plus fidèle possible d’un matériau réel, à la fois au point de vue géométrique (représentation 3D) et au point de vue de ses propriétés physiques et mécaniques, stockées dans la structure logicielle sous forme hiérarchique. Le matériau virtuel doit synthétiser toutes les caractéristiques importantes du matériau réel de manière à pouvoir ensuite être étudié par des séries d’expériences virtuelles, principalement en utilisant la méthode des éléments finis. Ceci évite de coûteuses expériences réelles avec pour objectif l’optimisation des caractéristiques du matériau par rapport à des applications industrielles spécifiques.
Actuellement, des efforts sont entrepris au CEMEF pour étudier de manière très précise la structure à l’échelle mésoscopique où la longueur caractéristique est de l’ordre de la dizaine de microns, des alliages métalliques qui sont mis en forme et utilisés dans l’industrie automobile, aéronautique, …
Le but est de passer d’une description géométrique complexe d’une structure (sous forme d’images, de plans, de fonctions statistiques éventuellement) à sa représentation, ou à une de ses représentations en 3D, interactive et « interrogeable » par la souris. La programmation orientée objet est donc plus simple, avec de plus un soucis d’établir des hiérarchies entre les objets qui correspondent aux hiérarchies multi-échelles que l’on observe physiquement entre les éléments de la structure.