Domain decomposition method for magnetostatic simulation of electrical machines

Méthode de décomposition de domaine mixte pour la simulation magnétostatique de machines électriques

Aurélia Ruda (1, 2)

1 LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay
2 GeePs - Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris

The transport industry has been moving towards a strong electrification of propulsion chains for several years. This trend imposes the search for innovative electrical machine structures and their optimization. Thus, this virtual testing approach remains very demanding because the complex operation of these machines can only be modeled from expensive 3D finite element simulations, including the consideration of the rotor part movements. This computing time constraint is incompatible with the implementation of an optimization approach for these new machine topologies since the optimization process can lead to numerous evaluations of the numerical model. This is why such optimization methods are currently only implemented for relatively simple models in the industrial environment. The objective of the thesis is then to propose an innovative computational strategy that allows to strongly reduce the cost of these numerical simulations. For this purpose, a domain decomposition technique based on a mixed writing of equations at interfaces and adapted to the geometrical particularities of rotating machines will be developed. This strategy is based on a discretization using Whitney elements to solve 3D magnetostatic problems, a multi-scale approach taking advantage of parallel computers, and an adapted management of the rotor motion.

L'industrie du transport terrestre se dirige depuis plusieurs années vers une électrification forte des chaînes de propulsion. Cette tendance impose la recherche de structures de machines électriques innovantes et leur optimisation. Ainsi, cette démarche de virtual testing reste très gourmande car le fonctionnement complexe de ces machines ne peut être modélisé qu'à partir de coûteuses simulations éléments finis 3D, incluant la prise en compte des mouvements de la partie rotorique. Cette contrainte de temps de calcul est incompatible avec la mise en œuvre d'une démarche d'optimisation de ces nouvelles topologies de machines puisque le processus d'optimisation peut conduire à de nombreuses évaluations du modèle numérique. C'est pourquoi de telles méthodes d'optimisation ne sont actuellement mises en œuvre que pour des modèles relativement simples dans le milieu industriel. L'objectif de la thèse est alors de proposer une stratégie de calcul innovante permettant de réduire fortement le coût de ces simulations numériques. Pour cela, une technique de décomposition de domaine basée sur une écriture mixte des équations aux interfaces et adaptée aux particularités géométriques des machines tournantes sera développée. Cette stratégie s'appuie sur une discrétisation par les éléments de Whitney pour traiter les problèmes en magnétostatique 3D, une approche multi-échelle tirant partie des ordinateurs parallèles, ainsi qu'une gestion adaptée du mouvement rotorique.

Mots clés: Domain Decomposition; Magnetostatic; Parallel; Whitney elements

Mots clés: Décomposition de domaine; Magnétostatique; Parallèle; Éléments de Whitney

Domaines: Mécanique des structures [physics.class-ph]

Aurélia Ruda. Méthode de décomposition de domaine mixte pour la simulation magnétostatique de machines électriques. Mécanique des structures [physics.class-ph]. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPAST205⟩. ⟨tel-04576886⟩