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Quelques Problèmes de Couplage Fluide-Structure Pôle Structures et Couplages

Quelques Problèmes de Couplage Fluide-Structure Pôle Structures et Couplages. B. PESEUX. Plan. Couplage Fluide-Structure Ce qui est bien maîtrisé Les études récentes Les études actuelles et les perspectives. Couplage Fluide-Structure. I-Ce qui est bien maîtrisé. Problèmes linéaires en :

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  1. Quelques Problèmes de Couplage Fluide-StructurePôle Structures et Couplages B. PESEUX Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  2. Plan • Couplage Fluide-Structure • Ce qui est bien maîtrisé • Les études récentes • Les études actuelles et les perspectives Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  3. Couplage Fluide-Structure I-Ce qui est bien maîtrisé. Problèmes linéaires en : -Hydroélasticité -Vibroacoustique Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  4. Les Couplages traités Domaine Intérieur (Réservoirs) Domaine Extérieur (Flotteurs) Domaine Intérieur/Extérieur (Cavité acoustique immergée) Surface libre Surface libre W s W f2 W Fluide intérieur W f W s s W f W f1 Fluide extérieur Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  5. HYPOTHESES FLUIDE STRUCTURE -Lourd -Parfait, -Mouvement irrotationnel -Compressible ou Incompressible -Petites perturbations -Elasticité Linéaire COUPLAGE -Continuité des Vitesses Normales -Continuité des Contraintes Normales Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  6. Les Equations du Pb Couplé Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  7. Les Méthodes de Couplage Couplage de codes Structure Fluide -CouplageEléments Finis- Eléments Finis (Bien adaptée aux problèmes intérieurs) -CouplageEléments Finis- Equations Intégrales (Bien adaptée aux problèmes extérieurs) -Couplage Elém. Finis- Elém. Finis+Elém. infinis Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  8. Système discrétisé -Couplage Eléments Finis- Eléments Finis Cas particulier : Hydroélasticité-Masse ajoutée Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  9. -Couplage Eléments Finis- Equations Intégrales Masse ajoutée Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  10. Applications Hydroélasticité-Vibroacoustique -Vibrations de Poutres, Plaques ou Coques (Némoz-Gaillard 1988, Bérot 1997) -Vibrations de Réservoirs -Sloshing : Influence de la Condition de Surface Libre -Réponse de Structures dans la houle -Flotteurs, Multicoques,… Codes « maison », SAMCEF-AQUADYN (Oudin 1988, Feng 1989) Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  11. -Réponse de Structures dans la houle (G. Marckmann, L. Gornet, B. Peseux) Code Structure : SAMCEF Code Hydrodynamique : AQUADYN Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  12. Couplage Code Hydrodynamique : AQUADYN (Méthode des singularités) -Calcul de la raideur hydrostatique -Calcul des coefficients de masse et amortissement ajoutés -Calcul des efforts dus à la houle Projection sur le maillage élément fini Code Structure : SAMCEF (Méthode des éléments finis) -CouplageFaible : Réponse de la structure -CouplageFort : base modale Collaborations : LMF, Multiplast (Jet Service V, Clubmed, Orange, ..), Banque Populaire Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  13. II-Les Etudes d ’actualité-Problèmes non linéaires II-1-Grands Déplacements : -Grands déplacements de flotteurs : simulation de l’enfournement, du surf (Tessier 1998) -Sloshing : prise en compte de termes du second ordre (DEA et communications 97-98-99-00) Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  14. Zone of study velocities (m/s) v Structural velocity field -II-2-Impact hydrodynamique -B. Donguy 2002, Collaboration BEC -A. Constantinescu, A. Nème ENSIETA (Brest) Vitesse d’impact : v = 6 m/s • Analyse “classique”: -Découplage fluide/structure -Code Impact :Théorie des tranches Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  15. Interface Domaine fluide (f) : z y () : x ¶ f 1 P r r dans W + f f + = gr a d . gr a d 0 f ¶ r t 2 Analyse “proposée” Surface Libre ¶ f r r & = à l’interface u . n s ¶ n sur la surface libre Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  16. Détermination de la surface mouillée : itérations { } [ ] { } { } ò Avec: T = FS N n N ds f s e G B huz huz h=uz surface mouillée inconnue Hypothèses : -Structures « plates »  conditions d ’interface écrites sur le plan z=0 GFS Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  17. ti+1 2t ti Problème Fluide Calcul de la force de “pression” Problème Structure Résolution Numérique : Couplage Faible Adaptation des codes CASTEM et ABAQUS i+ i- Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  18. sensor 1 sensor 2 Numerical Experimental v = 2,5 m/s sensor 2 sensor 1 Essais expérimentaux : études de cônes Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  19. II-3-Etude des effets de confinement -J.F. Sigrist (2004), C. Lainé, DCN Indret, B. Peseux Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  20. Problème structure non linéaire • Equations du mouvement • Traction • Flexion • Résolution numérique (code Fortran) • Discrétisation spatiale : méthode des éléments finis • Discrétisation temporelle : algorithme implicite/explicite ausecond en O(dt2) Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  21. Problème fluide non linéaire • Equations dynamique en formulation ALE : (v,w,p) • Conservation de la masse • Conservation de la quantité de mouvement • Equation de conservation en espace • Résolution numérique (code commercial CFD) • Discrétisation en espace : méthode des volumes finis, schéma de discrétisation au second ordre MARS • Discrétisation en temps : solveur découplé, algorithme implicite PISO • Maillage mobile • Méthode de capture d’interface VOF Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  22. Couplage faible éléments finis/volumes finis (1) • Couplage en temps : algorithme d’intégration explicite, décalé • Filtrage des oscillations numériques hautes fréquences Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  23. Couplage faible éléments finis/volumes finis (2) • Couplage en espace : transfert des efforts et déplacement • Gestion des non conformités de maillage • Gestion des non conformités de maillage Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  24. Couplage fort : résultats numériques • Effets de non linéarités structure • Effets de masse d ’eau ajoutée et masse d’eau déplacée Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

  25. III-Les Etudes en cours et les Perspectives III-1-Impact hydrodynamique (M. Tourbier (2004), N. Moës, E. Béchet) -Ecriture des conditions -de surface libre -d ’interface sur les surfaces réelles par la méthode X-FEM III-2-Couplage de codes (PPF: GeM-IRCYN-LMF) -Etude du couplage écoulement/mouvement pour la conception d ’un robot sous-marin anguiliforme -Etude du couplage écoulement/déformation de structure (Interface EF/Hydro) Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004

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