Journées techniques et séminaires • Assemblée Générale et Séminaire Scientifique du Groupe Jeunes

Le groupe Jeunes organise un Séminaire Scientifique en marge de son assemblée générale !

 

Cette matinée qui se déroulera le 9 févier 2024 entre 8h30 et 12h dans les locaus de l'AFPS, sera l'occasion de rencontrer les différents membres de l'équipe sortante et de la nouvelle équipe du groupe jeunes mais aussi d'échanger autour d'un séminaire scientifique.

Ce séminaire est ouvert à tous les membres de l'AFPS sur inscription au lien suivant : ICI

Informations pratiques

Date : 09/02/2024 de 8h30 à 12h (heure de Paris)
Lieu : Maison des Ponts, au 42 rue Boissière à Paris
Présidente de l'événement : Reine Fares, ingénieur chercheur au CEA de Saclay.

Programme :

  • 08h30 - Acceuil
  • 09h00-  Mot d'accueil du président de l'AFPS (Didier Combescure)
     
  • 09h05- Présensation du Bureau du Groupe Jeunes sortant
  • 09h20- SESSION 1 - (Benjamin Richard - Carolina Franco)
    Hyper reduced order modeling applied to damage and plasticity for performing real time hybrid tests (Bastien Bodnar)
    Une cinématique simplifiée pour déterminer l'état de déformation dans les coudes pressurisés soumis à des cycles d'ouverture/fermeture (Axel Meric)
  • 10h20 - Pause café
  • 10h40 - SESSION 2 – (Benjamin Richard -  Reine Fares)
    Variability of building response under seismic loading: explored through in-situ monitoring data (Subash Ghimire)
    Variabilité spatiale des propriétés mécaniques du sol : Impact et Quantification (Elias El Haber)
  • 11h40 - Présentaiton du nouveau bureau

Résumés

  • Hyper‑reduced order modeling applied to damage and plasticity for performing real‑time hybrid tests - Bastien Bodnar

Tests on sensitive structural elements (e.g., columns, beams, or frames) are sometimes necessary to study the behavior of civil engineering structures (e.g., dynamic response, damage, or failure mechanisms) under earthquake conditions. As an alternative to classical testing procedures (e.g., quasi‑static push‑over tests, or dynamic experiments on shaking tables), hybrid tests were developed over the last decades for assessing the dynamic response of isolated specimens virtually connected to simulated components (Hakuno et al., 1969; Nakashima et al., 1992; Souid et al., 2009). Commands are updated by performing a dynamic analysis on the numerical model using force entries directly measured on the experimental setup for taking into account realistic boundary conditions.

If pseudo-dynamic experiments leave enough time for performing calculations, real‑time hybrid tests remain challenging since modeling simulated structural components requires introducing a large number of degrees of freedom for correctly defining kinematics (e.g., bending, or torsion at floor level), energy dissipative mechanisms (e.g., damage, or plasticity) (Richard et al., 2013), and boundary conditions. If linear matrix systems can easily be reduced on modal bases (Craig & Bampton, 1968), approximating the dynamic response of nonlinear models is more difficult since the force entries need to be updated on the full basis. As a result, authors usually simplify the model by approximating its dynamic response using nonlinear macro-elements (Moutoussamy, 2013). Despite making it possible to perform real-time hybrid tests, such approaches can reasonably be questioned since the fidelity of the computing environment decreases compared to pseudo-dynamic experiments. More sophisticated approaches are thus required to reduce the computational cost of nonlinear components while remaining representative of real‑world conditions.

Among them, recent advances in Reduced Order Modeling (ROM) make it possible to significantly reduce the size of nonlinear models using training datasets extracted from reference solutions. If classical Proper Orthogonal Decompositions (POD) use reduced bases for significantly decreasing the size of nonlinear matrix systems (Ayoub et al., 2022), far higher time‑savings can be reached using Unassembled Discrete Empirical Interpolation Method (UDEIM) (Tiso & Rixen, 2013) or Energy Mesh Sampling and Weighting (ECSW) (Farhat et al., 2014) for approximating forces entries instead of computing them on the entire mesh.

This work presents hyper-reduction techniques for accelerating nonlinear finite elements analyses on damageable civil engineering structures. A Hardware‑in‑the‑Loop (HiL) procedure that uses hyper‑reduced order models for performing bidirectional real‑time hybrid tests is then presented, with applications on steel and reinforced concrete columns.

  • Une cinématique simplifiée pour déterminer l'état de déformation dans les coudes pressurisés soumis à des cycles d'ouverture/fermeture - Axel Meric

Des campagnes expérimentales, comme celles réalisées et analysées par Ranganath et al. (1994), Ravikiran et al. (2015), MECOS (2021), ont visé à évaluer la résistance des systèmes de tuyauterie. Les types de chargements étudiés étaient les chargements sismiques. Il a été démontré que le principal mode de défaillance est la propagation d'une fissure au flanc du coude le plus endommagé du système de tuyauterie. Cela est dû aux dommages causés par la fatigue à faible nombre de cycles. Ces dommages sont aggravés par la déformation plastique accumulée résultant d'un niveau élevé de pression interne. Ce mode de défaillance est appelé « fatigue rochet ». De plus, le principal mode de réponse du coude est, la plupart du temps, celui qui tend à ouvrir ou fermer celui-ci. Ainsi, il est important de déterminer l’état de déformation d’un coude sous pression où se produit le rochet maximal pour évaluer sa tenue à la fatigue.

Cette étude propose l’utilisation d’une cinématique simple et efficiente pour déterminer les états de déformation et de contrainte dans des coudes sous pression soumis à des historiques de moment de flexion d'ouverture/fermeture ou de rotation. Le but est de minimiser le temps de calcul qui peut être important pour ce genre de problèmes généralement modélisés par des éléments de types coques ou volumiques. Dans un premier temps, nous présentons la cinématique initialement proposée par Boussaa (1992) et Boussaa et al. (1996) pour modéliser le comportement du coude en flexion pure dans le plan. La section du coude étudiée est choisie la plus éloignée des parties droites, car elle est la section la plus vulnérable. Cette cinématique implique que la structure peut être modélisée en considérant le problème mécanique comme étant une transformation de type expansion axisymétrique où un degré de liberté supplémentaire représentant la variation de l'angle du coude est rajouté. Dans un deuxième temps, une procédure est proposée pour utiliser cette cinématique dans ANSYS grâce à l’utilisation d’éléments en déformation plane généralisée. Une manière de définir l'historique de la variation d'angle imposée au coude est présentée. Cet historique peut être le résultat d'une analyse statique ou transitoire. La méthode proposée dans cette étude est comparée à une étude numérique et expérimentale réalisée par Islam et Hassan (2019) sur l'évolution des déformations dues au rochet à différents endroits d'une section transversale de coude. Les résultats obtenus avec la méthode proposée dans ces travaux sont en bonne accordance avec les résultats de la littérature.

  • Variability of building response under seismic loading: explored through in-situ monitoring data - Subash Ghimire, Philippe Guéguen, Ariana Astorga

Recently, there has been access to earthquake data from buildings collected through in-situ structural monitoring. These full-scale observation data offer an opportunity to capture the real-physical processes involved in buildings during seismic loading. Using these strong motion seismic data recording from buildings, we evaluated the contribution of different parameters in building response prediction uncertainties. We also evaluated the variation in the non-linear response of buildings due to earthquake-induced damages and its accumulation over time by developing an experimental co-seismic capacity curve (which defines the lateral-load resisting capacity of a building). The main findings of this study will be discussed in this presentation.

  • Variabilité spatiale des propriétés mécaniques du sol : Impact et Quantification - Elias El Haber

La présente étude analyse, à partir d’un grand nombre de simulations numériques, l’impact de la variabilité spatiale des propriétés mécaniques du sol sur la variabilité spatiale du mouvement sismique. Pour les simulations numériques, le modèle d’un demi-espace 2D est considéré. En utilisant le code-aster, la vitesse des ondes S (Vs) est modélisée comme un champ aléatoire 2D et le mouvement sismique est simulé tous les 1m en surface. Plusieurs modèles aléatoires 2D sont définis en faisant varier : l’épaisseur du demi-espace (Z), la vitesse moyenne des ondes S (µVs), le coefficient de variation (COV) de Vs et la distance d’autocorrélation horizontale (θx). La variabilité du mouvement sismique en surface est estimée en termes de la variabilité spatiale de l'amplitude et de la lagged coherency. Les résultats de ces analyses numériques montrent que les COV et les θx ont un fort impact sur cette variabilité. En plus, ces résultats servent de proxy pour estimer les paramètres statistiques de la variabilité spatiale des propriétés du sol (coefficient de variation et longueur d’autocorrélation) pour 5 sites européens : deux à Argostoli (Grèce), Grenoble (France), Fucino (Italie) et Saint Guérin (France), où des enregistrements de réseaux sismiques denses sont disponibles.

Références

Ayoub N., Deü J.-F., Larbi W., Pais J., Rouleau L. (2022). Application of the POD method to nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete frame structures subjected to earthquakes, Engineering Structures, 270, 114854 (9 pages).

Craig R. R., Bampton M. C. (1968). Coupling of substructures for dynamic analyses. AIAA Journal 6.7, 1313-1319.

Farhat C., Avery P., Chapman T., Cortial J. (2014). Dimensional reduction of nonlinear finite element dynamic models with finite rotations and energy-based mesh sampling and weighting for computational efficiency. International Journal for Numerical Methods in Engineering 98, 625-662.

Hakuno, M., Shidawara, M., & Hara, T. (1969). Dynamic destructive of a cantilever beam controlled by an analog-computer. In Procedings of JSCE, n°171.

Moutoussamy, L. 2013. Essais hybrides en temps réels sur structures de Génie Civil. PhD Thesis. ENS Cachan. (In French).

Nakashima, M., Kato, H., & Takaoka, E. 1992. Development of real-time pseudo dynamic testing. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 21(1):79-92.

Richard, B., Ragueneau, F., Cremona, C., & Adelaide, L. (2010). Isotropic continuum damage mechanics for concrete under cyclic loading: Stiffness recovery, inelastic strains, and frictional sliding. Engineering Fracture Mechanics, 1203-1223.

Souid, A., Delaplace, A., Ragueneau, F., & Desmorat, R. (2009). Pseudo-dynamic testing and nonlinear substructuring of damaging structures under earthquake loading. Engineering Structures, 31(5):1102-1110.

Tiso P., Rixen D. J. (2013). Discrete empirical interpolation method for finite element structural dynamics. Nonlinear Modelling and Applications, Volume 2. Springer, 53-65.

Boussaa, D., Van, K.D., Labbé, P., Tang, H.T. (1996). Finite pure bending of curved pipes. Comput. Struct. 60, 1003–1012.

Boussaa, D. (1992). Flexion plane du tuyau coudé et endommagement sous séisme. PhD, L’école nationale des ponts et chaussées.

Islam, N., Hassan, T. (2019). Development of a novel constitutive model for improved structural integrity analysis of piping components. Int. J. Press. Vessels Pip. 177, 103989.

MECOS GE (2021). Towards New Approach for Seismic Design of Piping systems, Final Report, endorsed for publishing by seismic subgroup of Working Group on Integrity and Ageing of Components and Structures (IAGE, WG), Nuclear Energy Agency Committee on the Safety of Nuclear Installations.

Ranganath, S. (1994). Piping and Fitting Dynamic Reliability Program. EPRI TR-102792. Paolo Alta, CA.

Ravikiran, A., Dubey, P. N., Agrawal, M. K., Reddy, G. R. (2018). Experimental and numerical studies of ratcheting in pressurized stainless steel piping systems under seismic load, BARC/2015/E/018.

 

 

Pour en savoir plus :