Amélioration Des Techniques de Génération de Maillages 3D Des Structures Anatomiques Humaines Pour la Méthode Des Éléments Finis PDF Download
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Author: Claudio Lobos Yanez
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Languages : en
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The Finite Element Method (FEM) is probably the most used strategy to simulate physical phenomena in a domain. The method needs a subdivision of the domain into simpler geometrical structures. This subdivision is known as a mesh. The numerical solution computed by the FEM directly depends on the employed mesh. In the medical field, the domains to simulate are complex geometries. Due to this complexity, it is preferred to use Registration Methods (RMs) to produce the mesh of the domain to be simulated. The RMs are a family of strategies that “adapt” a predefined mesh (the atlas) to patient data in order to represent the target domain. A RM reallocates the nodes of the atlas without changing the topology of it. Unfortunately, the RMs don't consider element information; therefore it is possible to produce invalid and poor quality elements. This thesis proposes reparation methods to achieve validity and improve the quality of the elements in the mesh after registration. Results are presented for femur and face model. The most important limitation of RMs is that sometimes the focus of the simulation is given on a particular region. An example of this is the brain tumor resection surgery. In this case, a mesh with higher density of nodes is needed on the region between the opening skull point and the location of the tumor. It is on this region where the simulation must be more precise. Unfortunately an “atlas” mesh cannot be produced for each single case. Therefore a mesh generation technique with region refinement is also proposed on this thesis. Results are shown over neurosurgery.
Author: Claudio Lobos Yanez
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The Finite Element Method (FEM) is probably the most used strategy to simulate physical phenomena in a domain. The method needs a subdivision of the domain into simpler geometrical structures. This subdivision is known as a mesh. The numerical solution computed by the FEM directly depends on the employed mesh. In the medical field, the domains to simulate are complex geometries. Due to this complexity, it is preferred to use Registration Methods (RMs) to produce the mesh of the domain to be simulated. The RMs are a family of strategies that “adapt” a predefined mesh (the atlas) to patient data in order to represent the target domain. A RM reallocates the nodes of the atlas without changing the topology of it. Unfortunately, the RMs don't consider element information; therefore it is possible to produce invalid and poor quality elements. This thesis proposes reparation methods to achieve validity and improve the quality of the elements in the mesh after registration. Results are presented for femur and face model. The most important limitation of RMs is that sometimes the focus of the simulation is given on a particular region. An example of this is the brain tumor resection surgery. In this case, a mesh with higher density of nodes is needed on the region between the opening skull point and the location of the tumor. It is on this region where the simulation must be more precise. Unfortunately an “atlas” mesh cannot be produced for each single case. Therefore a mesh generation technique with region refinement is also proposed on this thesis. Results are shown over neurosurgery.
Author: PASCAL.. FREY
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Languages : fr
Pages : 210
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L'UTILISATION DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS DANS LA SIMULATION NUMERIQUE DE PROBLEMES PHYSIQUES REQUIERT AU PREALABLE LA GENERATION D'UN MAILLAGE CONFORME DU DOMAINE D'ETUDE. LES RESULTATS DE LA SIMULATION NUMERIQUE, EN PARTICULIER LA CONVERGENCE ET LA PRECISION DES SOLUTIONS, DEPENDENT ETROITEMENT DE LA QUALITE DU MAILLAGE SUPPORT DU CALCUL. CE TRAVAIL PRESENTE UN ALGORITHME DE MAILLAGE AUTOMATIQUE EN SIMPLEXES (TETRAEDRES) POUR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, DANS LE CAS DE GEOMETRIES COMPLEXES DECRITES A PARTIR DE DONNEES DISCRETES. ON ETABLIT EN PARTICULIER QU'IL EST POSSIBLE DE MAILLER UN OBJET DISCRET SANS DISPOSER D'UNE REPRESENTATION SURFACIQUE DE CELUI-CI. CE RESULTAT ADMIS, ON ILLUSTRE LES PROBLEMES D'OPTIMISATION ET D'ADAPTATION DU MAILLAGE A L'AIDE D'UN ESPACE DE CONTROLE DE TYPE OCTREE FINI. UNE APPLICATION DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS BASEE SUR LE MAILLAGE DE DOMAINES DISCRETS EST PROPOSEE DANS LE CADRE DE LA THERMOTHERAPIE DES TUMEURS CEREBRALES. L'ENVIRONNEMENT ELEMENTS FINIS EST DECRIT, AINSI QUE LE DEVELOPPEMENT DE LIBRAIRIES SPECIFIQUES
Author: Samuel Bidal
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Languages : fr
Pages : 164
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Ce travail a été motivé par la volonté d'obtenir rapidement des modèles fidèles du corps humain. Nous avons créé et implémenté un ensemble de méthodes permettant de générer des maillages éléments finis en se basant sur une imagerie sériée (coupes anatomiques, scanner, IRM). La génération de maillages a été décomposée en trois grandes parties : extraction de contours, reconstruction 3D et maillage surfacique ou volumique. Les méthodes de détection de contours ont été choisies afin d'être applicables sur tout type d'imagerie sériée dans le but d'être d'un emploi le plus large possible. Les méthodes de reconstruction 3D et de maillage sont originales et basées sur une décomposition octaédrique de l'espace. Elles génèrent directement des éléments quads et hexas. La validation de la chaîne de traitement et des modèles obtenus a été effectuée sur le segment céphalique. Divers autres segments ont aussi été étudiés même si leur étude n'est ici abordée qu'en guise d'illustration
Author: Azeddine Benabbou
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Languages : fr
Pages : 162
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Un matériau nanostructuré est composé d'une multitude de grains disjoints dont la taille peut être décrite par une distribution donnée. Ces grains sont généralement représentés par des boules ou par des polyèdres. Pour modéliser leur répartition, nous proposons une méthode basée sur une approche de type frontal utilisée habituellement dans les méthodes de construction de maillages. L'utilisation d'un algorithme de type frontal conduit souvent à une hétérogénéité de la densité locale dans les structures générées. Afin d'homogénéiser cette densité, nous introduisons une méthode d'optimisation basée sur un repositionnement local des grains. La génération de maillage de ces structures est nécessaire pour la simulation de leurs comportements physiques par la méthode des éléments finis. La convergence de la résolution du problème physique par cette méthode, ainsi que la qualité de la solution calculée, dépendent fortement de la qualité du maillage généré. Pour l'obtention d'un maillage de qualité de ces structures, nous proposons une méthode d'adaptation de maillages s'appuyant sur un champ de métriques prenant en compte la géométrie et la proximité des grains. Pour les structures contenant un très grand nombre de grains, il est nécessaire d'envisager des méthodes de parallélisation. Pour ce faire, nous proposons deux méthodes de décomposition de domaines permettant de paralléliser le processus global incluant le maillage et le calcul
Author: Rachid Younsi
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Languages : fr
Pages : 146
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Ce mémoire concerne l'optimisation de forme des structures 3D élastiques. Cette technique permet de concevoir des structures en améliorant leurs performances mécaniques tout en respectant des limitations imposées. Plus précisément l'objectif de la thèse est de rechercher des stratégies permettant d'accélérer le processus d'optimisation pour le rendre utilisable sur des modèles éléments finis tridimensionnels. La première partie introduit les notions classiques de l'optimisation, son intérêt en calcul des structures, et un historique spécifique de l'optimisation de forme. La deuxième partie présente une généralisation au cas tridimensionnel des approches 2D, l'optimisation de forme par positionnement des nuds du maillage, puis des pôles des bsplines qui interpolent la géométrie, ainsi que les différentes manières d'obtenir les gradients indispensables pour l'utilisation des algorithmes numériques. Plusieurs méthodes pour réduire les temps d'analyse et d'optimisation sont ensuite introduites et comparées. La troisième partie concerne la contribution de la méthode des multigrilles et des méthodes de résolution itératives pour accélérer la résolution de l'équation d'état lors des itérations d'optimisation. La quatrième partie concerne l'utilisation de multi-maillages (maillages hiérarchiques) pour accélérer l'obtention de l'optimum, et la mise en œuvre numérique dans le logiciel SIC (système interactif de conception) développé à l’UTC. Des applications numériques de validation et de comparaison sont réalisées. Ils montrent que les méthodes proposées permettent de réduire considérablement les temps de calcul. Finalement, des conclusions et perspectives sont présentées
Author: Amine El Hraiech
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La simulation numérique par la méthode des éléments finis des procédés de mise en forme de structures massives tridimensionnelles implique des grandes déformations élasto-plastiques et de très fortes non-linéarités géométriques et matérielles. Ces non-linéarités sont la cause principale de la divergence des calculs. Afin d’éviter ces problèmes, on fait généralement appel à des remaillages fréquents du domaine de calcul au cours de la résolution. Le processus de remaillage et d’adaptation de maillage est gouverné essentiellement par des estimateurs d’erreurs fiables et des procédures de recouvrement de champs robustes et performantes. Une fois le remaillage effectué, les différents champs mécaniques associés à l’ancien maillage doivent être transférés au nouveau maillage pour la reprise et la continuation des calculs. Dans le cadre de la présente étude, nous analyserons dans un premier temps les différentes techniques de génération et d’adaptation de maillage existantes. Puis, nous implémenterons différentes techniques d’extrapolation. Ces dernières servent à exprimer les champs définis initialement aux points de Gauss, aux nœuds du maillage et peuvent ensuite être utilisées pour construire des solutions de référence pour les estimateurs d’erreurs. Dans un deuxième temps, nous étudierons les estimateurs d’erreurs géométriques avec des champs analytiques pour analyser leur comportement et choisir l’estimateur le plus adapté à nos applications. Enfin, nous nous consacrerons aux techniques de transfert de champs. Celles que nous développerons sont basées sur la minimisation de l’erreur éléments finis entre l’ancien et le nouveau champ généré par la résolution d’un problème d’optimisation quadratique et sur le principe de la méthode des moindres carrés mobiles. Les méthodes implémentées sont ensuite validés sur des exemples de champs analytiques et mécaniques dans le cas bidimensionnel et tridimensionnel
Author: Amran Lounès Illoul
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Languages : fr
Pages : 124
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Ce travail porte sur la mise en oeuvre en 3d de la méthode des éléments naturels contrainte CNEM en vue de son utilisation pour la simulation du cisaillage à grande vitesse. La CNEM est une approche à mi-chemin des approches sans maillage et des éléments finis. La construction de son interpolation utilise le diagramme de Voronoï contraint (dual du maillage de Delaunay contraint) associé à un nuage de noeud réparti sur le domaine étudié muni d’une description de sa frontière. La mise en oeuvre de la CNEM comporte trois aspects principaux : i) la construction du diagramme de Voronoï contraint, ii) le calcul des fonctions de forme éléments naturels Sibson, iii) la discrétisation d'une formulation variationnelle générique par utilisation de l’intégration nodale stabilisée conforme, SCNI, introduite par Chen et Al en 2001. Une partie importante de ce travail concerne les deux derniers points. Pour le calcul des fonctions de formes Sibson 3d cinq algorithmes sont présentés, dont deux développés au cours de la thèse, et sont comparés en terme de performance. Par ailleurs, une discrétisation est proposée pour être applicable au cas des domaines fortement non convexes. La mise en oeuvre proposée est validée sur des exemples en élasticité linéaire 3d en petites perturbations (vis à vis de solutions analytiques et de résultats éléments finis) puis en grandes transformations (test de la barre de Taylor). L’application de la CNEM au cisaillage grande vitesse est finalement abordée. Les développements effectués ont été intégrés à la plateforme logicielle Nessy. Cette plateforme a pour objectif la capitalisation du savoir faire du LMSP en simulation numérique.
Author: Béatrice Couteau
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Author: Sven Boermeester
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ISBN: 9781949677072
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Innovate Bristol highlights and celebrates those companies and individuals that are actively working at building a better tomorrow for all. Innovation Ecosystems thrive through the involvement and support of companies and individuals from all industries, which is why the Innovate series not only focuses on the innovators but also those people whom the Innovation Ecosystem, would not be able to thrive without.
Author: Javier Bonet
Publisher: Cambridge University Press
ISBN: 9780521572729
Category : Mathematics
Languages : en
Pages : 272
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A unified treatment of nonlinear continuum analysis and finite element techniques.
