Calcul numérique des grandes déformations de structures minces en contact avec des fluides lords

Numerical simulation of large displacements of thin flexible structures coupled with heavy fluids

• Auteur / Autrice : Eric Veron
• Direction : Anh Le Van
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 28/11/2016
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Marc Bonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Billard, Rabah Bouzidi, Cédric Leblond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : M'hamed Souli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction fluide-structure

Solveurs (logiciels)

Mots clés libres

Méthode partitionnée

Résumé

Ce travail concerne la résolution numérique du comportement dynamique de structures minces déformables couplées à des fluides lourds. La résolution numérique de ce type de problèmes d’interaction fluide/structure met en évidence des difficultés majeures liées à la force du couplage et au comportement mécanique de la structure souple. Le ratio entre la masse volumique de la structure et celle du fluide étant proche de l’unité, les effets de masse ajoutée sont significatifs. Les deux physiques sont fortement couplées et le schéma numérique de couplage doit être suffisamment fort pour garantir la stabilité de la procédure de couplage et la qualité de la solution numérique. La deuxième difficulté est liée aux grandes déformations de la structure mince. Sous chargements extérieurs, la structure peut subir des transformations importantes, modifiant ainsi significativement la forme du domaine fluide et de l’interface fluide/structure. La solution du problème d'interaction fluide/structure est évaluée au moyen d'un couplage partitionné itéré entre un solveur éléments finis (Abaqus/Standard), utilisé pour évaluer le comportement de la structure mince, et des solveurs potentiels s'appuyant sur une formulation en intégrales de frontière (solveurs BEM et Fast-BEM développés au cours ces travaux) utilisés pour évaluer la solution du problème fluide. Le couplage entre les solveurs structure et fluide est mis en place par le biais de l'interface de couplage SIMULIA Co-Simulation Engine. Le couplage fort est réalisé par une procédure itérative de type point fixe et l'utilisation d'une formulation en intégrales de frontière permet de contourner les difficultés liées aux grandes transformations de l'interface fluide/structure.

This work is devoted to the numerical resolution of the dynamic behavior of thin flexible structures coupled with heavy fluids. This kind of Fluid-Structure Interaction problems exhibits two major numerical difficulties due to the coupling force and to the structure behavior. Firstly, the added mass effect is significant due to the mass ratio close to one. Therefore the physical coupling is strong and the coupling procedure must be reliable in order to accurately compute the solution and to ensure that the coupling procedure is stable. Secondly, flexible structures can undergo large displacements under external loadings, inducing considerable changes to the fluid domain and the fluid-structure interface. The Fluid-Structure Interaction solution is computed using an iterative partitioned procedure between a Finite Element code (Abaqus/Standard), to assess the thin structure behavior, and in-house potential flow codes based on boundary integral formulations (standard BEM and Fast-BEM solvers) to assess the fluid solution and loadings at the fluidstructure interface. The coupling between the structure and fluid solvers is achieved by means of SIMULIA Co- Simulation Engine code coupling interface. The strong coupling is achieved using an iterative fixed point procedure and the difficulty due to large displacements of the fluid structure interface is circumvented by using a boundary integral description of the fluid.