Etude de l'interaction fluide structure lors de l'impact hydrodynamique PDF Download
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Cette thèse vise à développer un modèle numérique permettant la simulation tridimensionnelle de l'impact d'un corps, solide ou déformable, sur la surface d'un fluide. Une des applications de ce travail est l'étude du phénomène de tossage (slamming) : impact d'une zone de la carène d'un navire sur la surface de l'océan. La modélisation proposée repose sur une analyse de la théorie du potentiel. Lorsque la forme du corps est suffisamment "plate" au voisinage du point d'impact initial, la méthode des développements asymptotiques raccordés permet alors de définir une solution composite intégrant d'une part le comportement de l'écoulement global autour du corps, et d'autre part, celui au voisinage de l'intersection entre la surface et le corps, là ou se forme le jet. La méthode des Eléments Finis (MEF) est mise en oeuvre pour résoudre le problème fluide asymptotique bidimensionnel, et tridimensionnel. La résolution de l'équation de Laplace avec des conditions aux limites mixtes Neuman-Dirichlet est effectuée pour le potentiel des déplacements (détermination de la surface de contact) et pour le potentiel des vitesses (évaluation des pressions)...
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Cette thèse vise à développer un modèle numérique permettant la simulation tridimensionnelle de l'impact d'un corps, solide ou déformable, sur la surface d'un fluide. Une des applications de ce travail est l'étude du phénomène de tossage (slamming) : impact d'une zone de la carène d'un navire sur la surface de l'océan. La modélisation proposée repose sur une analyse de la théorie du potentiel. Lorsque la forme du corps est suffisamment "plate" au voisinage du point d'impact initial, la méthode des développements asymptotiques raccordés permet alors de définir une solution composite intégrant d'une part le comportement de l'écoulement global autour du corps, et d'autre part, celui au voisinage de l'intersection entre la surface et le corps, là ou se forme le jet. La méthode des Eléments Finis (MEF) est mise en oeuvre pour résoudre le problème fluide asymptotique bidimensionnel, et tridimensionnel. La résolution de l'équation de Laplace avec des conditions aux limites mixtes Neuman-Dirichlet est effectuée pour le potentiel des déplacements (détermination de la surface de contact) et pour le potentiel des vitesses (évaluation des pressions)...
Author: Nicolas Malleron Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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Les travaux réalisés au cours de cette thèse portent sur l'étude du phénomène d'impact hydrodynamique et sa modélisation. Une revue bibliographique des modèles pouvant être utilisés pour rendre compte de ce phénomène est proposée. Un modèle, dit modèle de Wagner généralisé, est ensuite développé. Proposé originellement par Zhao et Faltinsen en 1996 pour traiter de l'impact de formes 2D symétriques, il est ici étendu à des formes asymétriques et analysé de manière approfondie. Ce modèle est ensuite utilisé dans une approche couplée, pour rendre compte du comportement élastique de structures simples, se déformant au cours de l'impact. Enfin, les résultats de deux campagnes expérimentales sont présentés. La première campagne porte sur l'étude de l'impact d'une sphère élastique de taille réduite. La seconde traite de l'impact sur l'eau d'un système de flottabilité réel d'hélicoptère. Dans les deux cas, des modèles numériques sont utilisés pour tenter de reproduire au mieux l'évolution de chacun des systèmes.
Author: Nicolas Aquelet Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 180
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Cette thèse présente un modèle numérique de couplage fluide-structure pour des impacts hydrodynamiques.Ce travail de recherche s'est déroulé dans le cadre d'une collaboration avec la société Principia Marine, un bureau d'études en construction navale. L'enjeu industriel à terme est de modéliser le choc d'une vague contre une coque de navire. Dans une mer agitée ou pour une vitesse de progression importante, les impacts répétés de vagues contre la coque peuvent endommager la structure (ce phénomène est appelé "slamming" ou "tossage"). D'autres types d'impacts hydrodynamiques peuvent toutefois être évoqués comme le ballotement d'un liquide dans un réservoir à moitié rempli: pour de fortes accélérations du réservoir, le liquide peut venir, par vagues successives, frapper violemment la paroi interne du réservoir. Pour modéliser la structure et le fluide, deux approches différentes sont employées. La structure est modélisée par une formulation Lagrangienne en éléments finis. Le problème fluide est résolu par une formulation Eulérienne multi-matérielle basée sur une méthode split décomposant le pas de calcul en un cycle Lagrangien et un cycle d'advection projetant la solution Lagrangienne sur la configuration initiale. La principale problématique est de transmettre correctement les efforts d'interaction entre ces deux formulations. La méthode mise en oeuvre est un couplage par pénalisation. Un effet dissipatif est introduit dans la méthode pour amortir les oscillations numériques de fortes fréquences et une base de données pour la raideur de pénalisation est établie Pour les modélisations 3D coûteuses, une version parallèle de la formulation est décrite à travers la construction d'un cluster de processeurs et d'un algorithme d'initialisation des fractions volumiques.
Author: Abdelkhalak El Hami Publisher: ISTE Group ISBN: 1784052809 Category : Fluid-structure interaction Languages : fr Pages : 269
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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.
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Une méthode complètement Eulérienne reposant sur un modèle 1-fluide est présentée afinde résoudre les problèmes d'interaction fluide-structure élastique. L'interface entre le fluideet la structure élastique est représentée par une fonction level-set, transportée par le champde vitesse du fluide et résolue par un schéma d'ordre élevé WENO 5. Les déformationsélastiques sont calculées sur la grille eulérienne à l'aide des caractéristiques rétrogrades.Nous utilisons différents modèles d'hyperélasticité, afin de générer puis d'intégrer les forcesélastiques comme terme source des équations de Navier Stokes. Le couplage vitesse/pressionest résolu par une méthode de correction de pression et les équations sont discrétisées parla méthode des volumes finis sur la grille eulérienne. La principale difficulté réside dansles grands déplacements de fluide autour du solide, source d'instabilités numériques. Afind'éviter ces problèmes, nous effectuons périodiquement une redistanciation de la level-setet une extrapolation linéaire des caractéristiques rétrogrades. Dans un premier temps,nous effectuons la vérification et la validation de notre approche à l'aide de plusieurs castests comme celui proposé par Turek. Ensuite, nous appliquons notre méthode à l'étudedu phénomène d'atténuation des vagues par des structures élastiques. Il s'agit d'une desvoies possibles pour réduire l'impact des fortes houles sur notre littoral. De plus dans lalittérature et à notre connaissance, seules des structures élastiques rigides ou élastiquesmais monodimensionnelles ont été utilisées pour réaliser ces études. Nous proposons deplacer des structures élastiques sur les fonds marins et analysons leur capacité d'absorptionde l'énergie produite par les vagues.
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Dans le contexte des interactions fluide-structure, ce stage a consisté en l'analyse physique d'un écoulement instationnaire autour d'une configuration de deux cylindres en tandem à nombre de Reynolds élevé, au moyen de simulations numériques. À l'aide des modèles de turbulence au premier ordre par approche statistique et du code de calcul NSMB, une première étude en 2D en statique a été menée. Ce cas test est assimilable de manière simplifiée à un train d'atterrissage. Une attention spéciale est portée sur l'instabilité de Von Kármán qui sera mise en évidence à travers des analyses spectrales des forces aérodynamiques ainsi que sur l'interaction du sillage du cylindre amont sur le cylindre aval et la physique mise en jeu. Les résultats obtenus seront confrontés aux résultats expérimentaux du centre de recherche « NASA-Langley Research Center ». Dans une deuxième partie, un étude en 2D en dynamique, en laissant le cylindre aval libre de se mouvoir dans la direction perpendiculaire à l'écoulement sera réalisée. En changeant les paramètres caractéristiques d'amortissement et raideur du cylindre, le but sera de connaître la fréquence dominante de la réponse, délimiter l'intervalle de vitesse réduite pour lequel un phénomène d'accrochage en fréquence se produit entre l'oscillation du cylindre et l'émission des tourbillons, ainsi que d'étudier l'amplitude de la réponse du cylindre aval en fonction de la vitesse réduite. Le mouvement du cylindre et du domaine fluide sera pris en compte grâce à la formulation ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian). Mots clés : interaction fluide-structure, cylindres tandem, instabilité de Von Kármán, vitesse réduite, accrochage en fréquence.
Author: Adrian Constantinescu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 240
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Le travail réalisé au cours de cette thèse a porté sur la modélisation de impact d’un corps 2D sur une surface fluide, ainsi que l’apparition de son endommagement (au sens rupture macroscopique) associé. Une des applications visées est la modélisation des efforts de tossage (slamming) s’exerçant sur la partie avant d’un bâtiment de surface sous conditions de mer sévéres. Les contraintes et déformations fluctuantes, engendrées sur la carène du navire, peuvent provoquer une dégradation mécanique prématurée par fatigue. Les travaux principaux ont consisté à développer puis valider un outil numérique (lmpact++ ABAQUS) permettant l’étude de l’interaction fluide-structure lors du contact violent entre un corps à géométrie simple (structures 2D planes et axisymétriques à section simple [diédre et cône] ou complexe [géométrie variable de la génératrice- cylindre, sphère, paraboloïde de révolution, ellipsoïde de révolution, etc]) et une surface libre d’eau. Cette approche a pris en compte les déformations de la structure lors de la détermination de l’écoulement du fluide et réciproquement. Au final, notre outil numérique s’appuie sur le code éléments finis industriel ABAQUS et permet de calculer les états de contraintes, de déformations, les énergies et les efforts globaux pour une structure solide 2D impactant un fluide. Le second objectif de l’étude était, en vue d’un dimensionnement des coques navales, d’apporter une représentation quantitative et qualitative de l’amorçage du dommage d’une structure métallique, et plus précisément de pouvoir prédire, lors de ces impacts répétés avec l’eau, l’instant et l’endroit d’apparition de l’endommagement microscopique (au sens rupture). Nous avons choisi de représenter ces phénomènes par des conditions de perte d’unicité de la solution en vitesse (bifurcation) dans léquilibre mécanique du solide déformable.
Author: Marion Duclercq Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
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en français : Cette thèse porte sur l'étude numérique et physique de la dynamique d'un fluide réel incompressible initialement au repos, mis en mouvement par les oscillations rectilignes transversales forcées d'un cylindre. Ce système est décrit par deux nombres adimensionnels. Le nombre de Reynolds (Re) compare les forces d'inertie aux forces de viscosité, et le nombre de Keulegan-Carpenter (KC) mesure l'amplitude des oscillations du cylindre par rapport à son diamètre. L'objectif est de déterminer l'influence de ces deux paramètres sur les forces de traînée et de portance exercées par le fluide sur la structure, en lien avec la dynamique de l'écoulement. Les équations de Navier-Stokes sont résolues numériquement par une méthode d'éléments finis. Les résultats de ces calculs pour l'écoulement et les forces permettent d'abord d'identifier différents modes de comportement du système sur un cycle d'oscillation du cylindre. Les propriétés de symétrie de l'écoulement et les trajectoires des tourbillons sont corrélées aux signaux temporels des forces. Puis l'analyse de la réponse du système sur des temps longs devant la période d'oscillation du cylindre met en évidence des domaines de stabilité des modes dans le plan (KC, Re). Dans certains régimes, les forces présentent des fluctuations d'amplitude. Elles sont interprétées notamment à l'aide des spectres des forces et des instabilités observées dans l'écoulement. Enfin, le passage du problème d'un seul cylindre à un réseau carré de 25 cylindres est étudié. Une approche énergétique est proposée pour caractériser l'influence de KC et Re sur le comportement global du système, dans le cas du cylindre isolé et celui du réseau.
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Nous proposons dans ce mémoire une méthode analytique et expérimentale pour étudier l'interaction fluide-structure dans un réservoir rectangulaire avec une surface libre en présence de gravité lorsque son influence est importante. Plus particulièrement nous nous attacherons au calcul des fréquences et modes propres du système couplé dans le cas particulier d'un problème bidimensionnel, où les mouvements de structure sont perpendiculaires à la direction de la pesanteur. Un potentiel de vitesse du fluide qui satisfait les équations et les conditions aux limites linéarisées est utilisé dans deux configurations pour un solide rigide en mouvement et pour une structure déformable. Dans le cas du solide en mouvement, le couplage avec les ondes de gravité, permet de généraliser le concept de la masse ajoutée classique, et d'étudier les influences de confinement et de la gravité à l'aide de nombre de Froude. Lorsque la paroi verticale du réservoir est modélisée par une poutre, l'évolution des fréquences et modes propres avec le Froude, le niveau de remplissage sont étudiés. Une expérience a été réalisée dans le cas d'une structure souple, et a montré la validité des résultats théoriques. La solution analytique obtenue permettra de valider les codes numériques
Author: Martine Vullierme-Ledard Publisher: ISBN: 9782722507920 Category : Fluid dynamics Languages : en Pages : 262
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ETUDE DE FREQUENCES PROPRES ET DES FREQUENCES DE DIFFUSION D'ONDE POUR LE MOUVEMENT SUR LA HOULE ET POUR DES MOUVEMENT COUPLES D'UN SOLIDE ELASTIQUE ET D'UN FLUIDE INCOMPRESSIBLE A SURFACE LIBRE. THEORIE DE LA DIFFUSION D'ONDE POUR LE PROBLEME LINEARISE DES MOUVEMENTS D'UN FLUIDE DANS UN OCEAN INFINIMENT PROFOND, EN PRESENCE D'UN OBSTACLE RIGIDE ET FIXE. DEMONSTRATION DU PRINCIPE D'AMPLITUDE LIMITE POUR LE PROBLEME D'HYDRODYNAMIQUE NAVALE A L'EXTERIEUR D'UN OBSTACLE FIXE ET POUR LE COUPLAGE ENTRE UN SOLIDE ELASTIQUE ET UN FLUIDE DE COMPRESSIBLE INFINI
Author: Bundi Donguy
Author: Bundi Donguy
Author: Nicolas Malleron
Author: Nicolas Aquelet
Author: Abdelkhalak El Hami
Author: Julien Deborde
Author: Saul Ferreira Perez
Author: Adrian Constantinescu
Author: Marion Duclercq
Author: Xin-Jian Chai
Author: Martine Vullierme-Ledard