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Offre proposée par

Cea

CEA

Stage - LIST - Simulation temps-réel de systèmes multi-corps avec chaînes fermées H/F

Saclay, Île-de-France
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Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme public de recherche.

Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).

Avec ses 16000 salariés -techniciens, ingénieurs, chercheurs, et personnel en soutien à la recherche- le CEA participe à de nombreux projets de collaboration aux côtés de ses partenaires académiques et industriels.

Référence

2020-14807

Description de l'unité

Au sein de CEA Tech, le pôle « recherche technologique » du CEA, l'institut List dédie ses activités aux systèmes numériques intelligents. Nous avons un savoir-faire issu d'une culture de l'innovation et avons pour mission de produire et de transférer les technologies utiles à nos partenaires industriels.
Au sein de cet institut, le Laboratoire de Simulation Interactive (LSI) développe une plateforme de simulation multi-physique interactive mettant en jeu un ou plusieurs utilisateurs en exploitant les technologies de Réalité Virtuelle (RV) et de Réalité Mixte (RM). Cette plateforme, dénommée XDE Physics, permet de simuler la manipulation et les interactions de l'ensemble des systèmes, pièces rigides, articulées ou déformables (câbles) directement sur les maquettes numériques. Elle permet également de valider des scénarios incluant l'opérateur pour étudier l'ergonomie du poste de travail par l'introduction de son avatar dans la simulation dynamique. Centrées sur les noyaux de simulation interactive, les activités de l'équipe vont jusqu'à la mise au point d'applicatifs, répondant aux contextes d'usage de ses partenaires industriels (manufacturing pour l'automobile et l'aéronautique, énergie, santé).

Description du poste

Domaine

Mathématiques, information scientifique, logiciel

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Stage - LIST - Simulation temps-réel de systèmes multi-corps avec chaînes fermées H/F

Sujet de stage

De nombreux systèmes mécaniques sont, au moins pour partie, composés de corps rigides articulés entre eux et formant une ou plusieurs chaînes cinématiques fermées. De manière plus générale, la cinématique des systèmes de corps rigides munis de liaisons cinématiques classiques (prismatiques, rotoïdes, etc.) ou plus exotiques (point sur courbe, etc.) peut être décrite à l'aide de la notion de graphe cinématique, celui-ci pouvant éventuellement comporter des cycles ou chaînes fermées.

L'objectif de ce stage est d'évaluer dans quelle mesure des schémas pleinement implicites, prenant donc suffisamment bien en compte les non-linéarités des contraintes à respecter, sont utilisables pour simuler de manière robuste la
dynamique de chaînes fermées en temps réel.

Durée du contrat (en mois)

6

Description de l'offre

La dynamique d'un système multi-corps avec contraintes cinématiques strictes conduit naturellement vers des formulations à bases d'équations différentielles algébriques (EDA), où des forces de réaction, qui apparaissent comme des multiplicateurs de Lagrange, interviennent et permettent de garantir le respect strict des contraintes bilatérales associées aux différentes liaisons. Dans les méthodes numériques d'intégration des EDA [4], la stabilité des schémas est fortement liée à la précision du respect de ces contraintes et à un traitement approprié des phénomènes de dérive. En pratique, le recours à des méthodes avec stabilisation des contraintes bilatérales [3] est indispensable si l'on souhaite traiter ces contraintes cinématiques de manière inviolable. On parle alors d'approche par contraintes rigides. Ces contraintes étant généralement non-linéaires, les seuls schémas en temps applicables de manière robuste sont de type pleinement implicite et donnent lieu à la résolution de systèmes algébriques non-linéaires. Dans le cas de simulations hors-ligne, la résolution de tels systèmes est aujourd'hui bien maîtrisée et des solveurs très robustes sont implémentés dans des logiciels commerciaux tels d'Adams ou Ansys Workbench. En revanche, pour des simulations en temps réel, les schémas de type linéairement implicite, moins coûteux à résoudre car conduisant à des systèmes algébriques linéaires, sont les plus populaires et représentent la quasi-totalité des méthodes en temps utilisées dans les moteurs physiques temps réel. Ces derniers sont les noyaux de calcul intégrés dans les logiciels développés pour les jeux, la simulation robotique temps réel ou encore la formation sur simulateurs de pilotes de grues, d'engins de BTP, etc. Cependant, même en présence d'un stabilisateur de contraintes dans les ingrédients du schéma, la linéarisation des contraintes en début de pas temps est très souvent une source irrémédiable de failles de robustesse, et les problèmes de stabilité de ces approches sont fréquents et bien connus des communautés utilisatrices.

L'objectif de ce stage sera donc d'évaluer dans quelle mesure des schémas pleinement implicites, prenant donc suffisamment bien en compte les non-linéarités des contraintes à respecter, sont utilisables pour simuler de manière robuste la dynamique de chaînes fermées en temps réel. Un code de maquettage existant en Python, comprenant déjà plusieurs variantes du schéma NSGA [1], [2], pourra servir de base aux développements du stage. Selon le profil du stagiaire et si le calendrier du stage le permet, une implémentation en C++ au sein de XDE Physics permettrait de réaliser des benchmarks sur des cas industriels et d'évaluer quantitavement l'applicabilité de ces méthodes à un contexte de simulation temps-réel.

Moyens / Méthodes / Logiciels

Systèmes mécaniques non-réguliers, stabilisation des contraintes, chaînes fermées



Profil du candidat

En dernière année de diplôme d'Ingénieur ou en Master 2
Vous avez des compétences techniques en Simulation numérique et programmation.
Vous maitrisez les langages Python et/ou C++.