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Thèse soutenue

Modèle numérique de couplage fluide-structure avec application aux moteurs fusée

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Auteur / Autrice : Emmanuel Lefrançois
Direction : Dany Vandromme, Gouri Dhatt
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Rouen

Résumé

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Ce travail de thèse porte sur le développement d'un modèle numérique de couplage fluide-structure par la méthode des éléments finis. Un code structure y est développé afin de pouvoir prendre en compte les non linéarités géométriques induites par les grands déplacements et grandes rotations. Un élément de type poutre bidimensionnelle et un autre de type coque axisymétrique y sont développés. Le code fluide simule quant à lui des écoulements de fluides parfaits, non visqueux et compressibles. La prise en compte de la déformation de certaines parois est faite par l'adoption d'un maillage dynamique. Le respect d'une loi de consistance géométrique permet d'éviter ainsi toute distorsion excessive du maillage fluide. Une technique de capture de chocs est de plus associée pour stabiliser le schéma. Le code fluide est développé aussi bien pour des écoulements bidimensionnels qu'axisymétriques. Les deux codes sont ensuite valides avec succès sur de nombreux cas-tests. Un cas particulièrement intéressant d'application des maillages dynamiques y est mené par l'étude du phénomène de booming noise généré par l'entrée d'un train à grande vitesse dans un tunnel. Le couplage des deux codes s'effectue par le biais du calcul parallèle avec l'utilisation des bibliothèques de calcul PVM et d'une architecture du type master-slaves. Il se base sur une alternance des calculs fluide et structure avec remise à jour des données entre chaque code par le biais d'un message passing. Le couplage est validé par la détection numérique des conditions critiques de flutter. Un calcul de couplage fluide-structure est ensuite appliqué au cas d'un moteur fusée pour différentes configurations physiques, amenant aussi bien à des états en petits déplacements qu'en grands déplacements et grandes rotations. Une extension aux méthodes de développement spectral selon la direction azimutale est enfin proposée comme étape intermédiaire avant un développement tridimensionnel.