Solveur Intégrodifférentiel HPC Parallèle pour la Dynamique des Dislocations / HPC Parallel Int[...]

CEA Université de Paris Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles; Saint-Paul-lès-Durance; Sur place; EUR 40 000 - 60 000; Plein temps

Résumé du poste

Une opportunité de doctorat dans le cadre du Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles, traitant des phénomènes de déformation des métaux et de la dynamique des dislocations. Le candidat idéal aura une solide formation en calcul scientifique, nécessaire pour développer un solveur HPC parallélisé. Cette thèse combine recherche théorique et applications pratiques, offrant un environnement stimulant au CEA à Cadarache.

Qualifications

• Expérience solide en calcul scientifique.
• Maîtrise de l'algorithmique pour des simulations numériques.
• Intérêt pour les applications physiques.

Responsabilités

• Implémenter un solveur HPC pour l'équation de Peierls-Nabarro.
• Investigation des phénomènes des dislocations en régime dynamique.
• Exploitation des résultats numériques avec des techniques de traitement de données.

Connaissances

C++

OpenMP

MPI

Mécanique des milieux continus

Formation

Formation en calcul scientifique appliqué aux équations aux dérivées partielles

Description du poste

Solveur Intégrodifférentiel HPC Parallèle pour la Dynamique des Dislocations // HPC Parallel Integrodifferential Solver for Dislocation Dynamics, Saint-Paul-lez-Durance

CEA Université de Paris Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles

Topic description

Contexte : La compréhension du comportement des métaux à forts taux de déformation [4] (entre et s-1) représente un défi scientifique et technologique considérable. Cette déformation irréversible (plastique) est due à la présence de défauts linéaires d'alignement cristallin: les dislocations, qui interagissent via le champ élastique à longue portée et par interactions de contact.

Topic description

Contexte : La compréhension du comportement des métaux à forts taux de déformation [4] (entre et s-1) représente un défi scientifique et technologique considérable. Cette déformation irréversible (plastique) est due à la présence de défauts linéaires d'alignement cristallin: les dislocations, qui interagissent via le champ élastique à longue portée et par interactions de contact.

Actuellement, le comportement des métaux à forts taux de déformation ne sont accessibles expérimentalement que par chocs laser. D’où la nécessité d’un outil de simulation. Deux grands types d’approches sont possibles: la dynamique moléculaire, et les simulations élastodynamiques. Cette thèse s’inscrit dans le second type d’approche, capitalisant sur nos travaux récents [1, 2] qui ont permis les premières simulations numériques de l’équation de Peierls-Nabarro Dynamique (PND) [5]. Celle-ci décrit des phénomènes intervenant à l’échelle de la dislocation.

PND est une équation intégrodifférentielle non-linéaire qui présente une double difficulté: la non-localité en temps et en espace des opérateurs. Nous l’avons simulée pour la première fois grâce à une stratégie numérique efficace [1], issue de [6]. Mais la nature mono-processeur de son implantation actuelle constitue un verrou, limitant fortement la taille du système et l’étude de son comportement en temps long.



Sujet de thèse : Les objectifs de cette thèse sont de deux natures :

- Numérique. Sur la base algorithmique développée dans [1], implémenter un solveur HPC (Calcul Haute Performance) parallélisé en espace et en temps, avec mémoire distribuée.

- Physique. Grâce au code développé, éclaircir des points cruciauxrelatifs à la phénoménologie des dislocations en régime dynamique rapide. L’exploitation des résultats numériques requerra des techniques de traitement de données et de statistiques - potentiellement assistées par de l’IA.

En fonction de l’avancement, il sera possible d’appliquer la méthode numérique développée aux phénomènes de fissuration dynamique [3].



Profil du candidat : Le sujet de thèse proposé est pluridisciplinaire, à la croisée des chemins entre simulation numérique, physique des dislocations et de la propagation de fissures, et traitement statistique. Le candidat devra d’abord posséder une solide formation en calcul scientifique appliqué aux équations aux dérivées partielles et un gout prononcé pour les applications physiques. La maîtrise du C++, avec des compétences en OpenMP et MPI seraient fortement appréciées. Des connaissances en mécanique des milieux continus seraient aussi vu comme un plus.

La thèse se déroulera au CEA/DES/IRESNE/DEC à Cadarache, avec des déplacement réguliers en région parisienne pour la collaboration avec le CEA/DAM et le CEA/DRF.



[1] Pellegrini, Josien, Shock-driven motion and self-organization of dislocations in the dynamical Peierls model, soumis.

[2] Josien, Etude mathématique et numérique de quelques modèles multi-échelles issus de la mécanique des matériaux. Thèse. .

[3] Geubelle, Rice. J. of the Mech. and Phys. of Sol., 43, -. .

[4] Remington et coll., Metall. Mat. Trans. A 35, .

[5] Pellegrini, Phys. Rev. B, 81, 2, , .

[6] Lubich & Schädle. SIAM J. on Sci. Comp. 24, -. .




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Context : Understanding the behavior of metals at high deformation rate [4] (between and s-1) is a huge scientific and technologic challenge. This irreversible (plastic) deformation is caused by linear defects in the crystal lattice : these are called dislocations, which interact via a long-range elastic field and contacts.

Nowadays, the behavior of metals at high deformation rate can only be studied experimentally by laser shocks. Thus, simulation is of paramount importance. Two approaches can be used : molecular dynamics and elastodynamics simulations. This thesis follows the second approache, based on our recent works [1, 2], thanks to which the first complete numerical simulations of the Peierls-Nabarro Equation (PND) [5] was performed. The latter equation describes phenomena at the scale of the dislocation.

PND is a nonlinear integrodifferential equation, with two main difficulties : the non-locality in time and space of the involved operators. We simulated it thanks to an efficient numerical strategy [1] based on [6]. Nevertheless, the current implementation is limited to one CPU –thus forbidding thorough investigations on large-scale systems and on long-term behaviors.



Thesis subject : There are two main objectives :

- Numerics. Based on the algorithmic method of [1], implement a HPC solver (High Performance Computing) for the PND equation, parallel in time and space, with distributed memory.

- Physics. Using the solver developped, investigate crucial points regarding the phenomenology of dislocations in dynamic regime. For exploiting the numerical results, advanced data-processing techniques will be employed, potentially enhanced by resorting to AI techniques.

Depending on the time remaining, the solver might be employed for investigating dynamic fractures [3].



Candidate profile : The proposed subject is multidisciplinary, between scientific computing, mechanics, and data-processing. The candidate shall have a solid background in scientific computing applied to Partial Differential Equations. Mastering C++ with OpenMP and MPI is recommended. Moreover, interest and knowledge in physics –especially continuum mechanics- will be a plus.

The PhD will take place at the CEA/DES/IRESNE/DEC in Cadarache (France), with regular journeys to Paris, for collaboration with CEA/DAM and CEA/DRF.



[1] Pellegrini, Josien, Shock-driven motion and self-organization of dislocations in the dynamical Peierls model, submitted.

[2] Josien, Etude mathématique et numérique de quelques modèles multi-échelles issus de la mécanique des matériaux. Thèse. .

[3] Geubelle, Rice. J. of the Mech. and Phys. of Sol., 43, -. .

[4] Remington et coll., Metall. Mat. Trans. A 35, .

[5] Pellegrini, Phys. Rev. B, 81, 2, , .

[6] Lubich & Schädle. SIAM J. on Sci. Comp. 24, -. .




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Pôle fr : Direction des EnergieS
Département : Département d’Etudes des Combustibles
Service : Service d’Etudes de Simulation du Comportement du combustibles
Laboratoire : Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles
Date de début souhaitée : 01-10-
Ecole doctorale : Physique en Île-de-France (EDPIF)
Directeur de thèse : BONAMY Daniel
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX
URL :
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Funding category

Public/private mixed funding

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