Couplage Fluide-structure Pour la Simulation Et Le Diagnostic de la Stabilité Des Ouvrages Hydrauliques de Protection PDF Download
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Author: Sami Kaidi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 167
Book Description
In this paper, a numerical study is conducted to assess the stability of the seaward facing slope of breakwaters under hydrodynamic loading using a coupled fluid-structure interaction framework. Stability characteristics of breakwaters have traditionally been analysed using empirical approaches which do not take into account important factors such as nonlinear wave-structure effects. A modelling framework is proposed for coupling deformable discontinuous media (DDA) with a finite element method (FEM) for solving free-surface flows where the Navier-Stokes equations are solved for velocity and pressure. It is necessary to take into account contacts between different shaped blocks and this study assumes that contact constraints are imposed through an augmented Lagrangian algorithm. To illustrate the performance of the proposed framework two breakwaters consisting of cubic and acropod shaped blocks are simulated under hydrodynamic forces.
Author: Sami Kaidi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 167
Book Description
In this paper, a numerical study is conducted to assess the stability of the seaward facing slope of breakwaters under hydrodynamic loading using a coupled fluid-structure interaction framework. Stability characteristics of breakwaters have traditionally been analysed using empirical approaches which do not take into account important factors such as nonlinear wave-structure effects. A modelling framework is proposed for coupling deformable discontinuous media (DDA) with a finite element method (FEM) for solving free-surface flows where the Navier-Stokes equations are solved for velocity and pressure. It is necessary to take into account contacts between different shaped blocks and this study assumes that contact constraints are imposed through an augmented Lagrangian algorithm. To illustrate the performance of the proposed framework two breakwaters consisting of cubic and acropod shaped blocks are simulated under hydrodynamic forces.
Author: Abdelkhalak El Hami Publisher: ISTE Group ISBN: 1784052809 Category : Fluid-structure interaction Languages : fr Pages : 269
Book Description
La série Fiabilité des systèmes multiphysiques s’intéresse aux avancées de la recherche et de l’industrie appliquées aux domaines de l’optimisation, de la fiabilité et de la prise en compte des incertitudes des systèmes. Ce couplage est à la base de la compétitivité des entreprises dans les secteurs de l’automobile, de l’aéronautique, du génie civil ou de la défense. L’« interaction fluide-structure » regroupe l'étude de tous les phénomènes présentant le couplage du mouvement d'une structure avec celui d'un fluide. La gamme des phénomènes étudiés est très étendue, allant de l'étude de cylindres ou structures vibrants dans des écoulements à des phénomènes de surface libre dans des réservoirs. Cet ouvrage présente les différents aspects de l’interaction fluidestructure (vibroacoustique et aérodynamique) ainsi que les différentes méthodes utilisées afin de réaliser des simulations numériques. S’appuyant sur deux logiciels, Ansys pour le calcul des structures et Fluent pour le calcul des fluides, il traite de la réduction du modèle couplé fluide-structure et de ses incertitudes, ainsi que de l’aspect optimisation couplée à la fiabilité (RBDO). Accompagné d’exemples détaillés, Interactions fluide-structure et incertitudes présente les outils récents de conception les plus performants. Il s’adresse aux étudiants et élèves ingénieurs et constitue un support précieux pour les ingénieurs en activité et les enseignantschercheurs.
Author: Lahcen Ait Moudid Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 118
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La simulation numérique de l'interaction fluide-structure par la méthode des éléments finis a été étudiée dans le cadre des équations de Navier-Stokes pour un fluide visqueux newtonien incompressible en interaction avec un solide élastique. La formulation arbitrairement lagrangienne-eulerienne (ALE) est envisagée au niveau du fluide pour mieux suivre le mouvement de la structure décrite par une formulation lagrangienne. La mobilité des géométries de chaque domaine est construite par déformation du maillage. On évalue ensuite l'efficacité de la méthode ALE pour différentes applications lorsque le mouvement de la structure est prescrit. Nous décrivons ainsi l'algorithmique nécessaire dans cette optique. Pour résoudre l'interaction, on se base sur un cas particulier. La géométrie simplifiée d'un solide immergé dans un canal est étudiée pour tester les possibilités et les limitations liées à l'algorithme mis en oeuvre pour ce type de problème d'écoulement stationnaire ou instationnaire.
Author: Claire Bost Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 157
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Ce travail est consacré à l'étude de problèmes de couplage fluide-structure par des méthodes de frontière immergée et de pénalisation. Dans une première partie nous abordons les différents aspects de la simulation numérique de modèles couplant un fluide et une structure (formulation de l'écoulement, localisation de la structure et prise en compte des interactions), puis nous présentons les modèles sur lesquels nous nous concentrons dans la suite: fluide incompressible/membrane élastique et fluide incompressible/solide rigide. Dans la deuxième partie nous étudions la stabilité numérique d'une formulation level-set de la méthode de frontière immergée pour le couplage fluide/membrane élastique. Une nouvelle condition de stabilité pour ce modèle est dérivée par analyse d'un modèle linéarisé 1D, puis validée numériquement en 2D. Enfin la troisième partie est consacrée à l'analyse numérique d'une méthode de pénalisation pour le couplage fluide/solide rigide, dans laquelle la vitesse rigide est calculée par projection. Nous montrons la convergence du problème pénalisé vers une formulation faible du couplage, et illustrons ce résultat sur des tests numériques en sédimentation.
Author: Zhe Li Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 142
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The Fluid-Structure Interaction (FSI) effects are of great importance for many multi-physical problems in academic researches as well as in engineering sciences. Various types of numerical simulation approaches may be used to investigate the FSI problems in order to get more reliable conception and to avoid unexpected disasters. In this work, the fluid sub-domain is simulated by a hybrid mesh-less method (SPH-ALE), and the structure is discretized by the Finite Element (FE) method. As the fluid is considered as a set of particles, one can easily track the fluid structure interface. An energy-conserving coupling strategy is proposed for transient fluid-structure interaction problems where different time integrators are used for each sub-domain: 2nd order Runge-Kutta scheme for the fluid and Newmark time integrator for the solid. By imposing a normal velocity constraint condition at the interface, this proposed coupling method ensures that neither energy injection nor energy dissipation will occur at the interface so that the interface energy is rigorously zero during the whole period of numerical simulation. This coupling method thus ensures that the coupling simulation shall be stable in time, and secondly, the numerical simulation will converge in time with the minimal convergence rate of all the time integrators chosen for each sub-domain. The proposed method is first applied to a mono-dimensional piston problem in which we verify that this method does not degrade the order of accuracy in time of the used time integrators. Then we use this coupling method to investigate the phenomena of propagation of shock waves across the fluidstructure interface. A good agreement is observed between the numerical results and the analytical solutions in the 1-D shock wave propagation test cases. Finally, some multi-dimensional examples are presented. The results are compared with the ones obtained by other coupling approaches.
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Lorsqu'un liquide est soumis à de fortes dépressions, des bulles de gaz etde vapeur peuvent apparaître en son sein. Ce phénomène est appelé cavitation Ces bulles sont susceptibles d'imploser dans les zones de surpression etd'endommager les parois solides environnantes à travers la création d'écoulements violents. Dans les applications industrielles, ce phénomène d'érosionpar cavitation peut réduire la durée de vie des machines hydrauliques. Dans ledomaine biomédical, le phénomène d'érosion par onde de choc est utilisé pourl'ablation de tissus mous ou la destruction de calculs rénaux.Dans ce travail, à caractère numérique, nous nous intéressons à une bulled'air isolée implosant au voisinage d'une paroi déformable sous l'effet d'unesurpression générée par une onde de choc incidente. Le travail de thèse aconsisté à mettre en place un couplage fluide structure pour simuler le phénomène d'implosion de la bulle dans la partie fluide et la déformation plastiqueengendrée dans la partie solide. Pour cela, une stratégie en deux étapes a étémise en oeuvre. La première étape a consisté à construire un code fluide avecmaillage mobile pour gérer le déplacement de l'interface fluide/solide. Le codedéveloppé est dérivé du modèle numérique développé par Eric Johnsen et al.à University of Michigan dans lequel nous avons implémenté une méthodeALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) permettant de passer d'une descriptioneulérienne sur maillage fixe à une description eulérienne sur maillage mobile.La seconde étape a consisté à modéliser la déformation élasto-plastique de lapartie solide au cours de l'implosion de la bulle grâce à un couplage fort ducode fluide avec le logiciel CAST3M. La communication entre les deux codesutilise la bibliothèque MPI.A l'issue du couplage, nous avons été en mesure de simuler l'implosiond'une bulle d'air à proximité d'une paroi déformable. Nous avons pu calculerle niveau de déformation de la paroi solide ainsi que l'amortissement de la sur-pression en paroi pour plusieurs matériaux. L'outil numérique ainsi développépermettra à terme d'étudier le comportement de revêtements amortissants capables de protéger des structures industrielles de l'érosion de cavitation oud'optimiser les effets bénéfiques des traitements par onde de choc dans lesapplications biomédicales.
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L'ouvrage présente les méthodes d'éléments finis pour l'analyse vibratoire de systèmes mécaniques avec prise en compte des interactions fluide/structure. Il rappelle les bases mathématiques de modélisation de ces problèmes dans l'hypothèse de fluide stagnant et il expose les principes de discrétisation éléments finis. Il détaille en particulier les différentes formulations couplées, lesquelles peuvent prendre en compte les effets de compressibilité et de gravité dans le comportement du fluide. Les notions spécifiques à l'analyse vibratoire des systèmes sont revisitées dans ce contexte. Le livre est constitué de cinq chapitres. Après une introduction générale à la problématique de l'interaction fluide/structure (chapitre I), les méthodes éléments finis structure et fluide sont détaillées séparément (chapitres II et III), avant de s'intéresser au couplage d'éléments finis (chapitre IV) et aux méthodes d'analyse vibratoire de systèmes couplés (chapitre V). De nombreux exemples d'application permettent le développement de solutions analytiques qui sont confrontées aux résultats du calcul numérique par éléments finis. Adoptant un point de vue à la fois théorique et pratique, le propos d'ensemble est résolument pédagogique. L'ouvrage constitue ainsi une base solide d'appropriation des méthodes éléments finis en interaction fluide/structure.
Author: Sami Kaidi
Author: Sami Kaidi
Author: Abdelkhalak El Hami
Author: Lahcen Ait Moudid
Author: Marc Lenoir
Author: Marc Lenoir
Author: Dominique Baudet
Author: Claire Bost
Author: Zhe Li
Author: Yves Paquette
Author: Jean-François Sigrist