Contribution à la validation des méthodes numériques pour les problèmes dynamiques couplés fluide-structure

Contribution to the validation of numerical methods for hydrodynamic impact

• Auteur / Autrice : Grégory Haboussa
• Direction : Pascal Drazetic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tubes à choc

Pression -- Mesure

Hydrodynamique

Interaction fluide-structure

Résumé

Ce travail vise à améliorer la capacité de prédiction des comportements dynamiques transitoires des solides et des structures lors de sollicitations de type crash, spécifiquement lorsqu’un milieu fluide doit être pris en compte. La première étape a consisté à mesurer une observable expérimentale, caractéristique de l’impact hydrodynamique : l’évolution du chargement en pression sur la paroi de la structure. Pour aboutir à cela, une base expérimentale antérieure d’impact de goutte d’eau sur capteur de pression a été exploitée. La pression de paroi est obtenue en déterminant une fonction de transfert soustrayant l’influence dynamique du capteur sur la mesure par étalonnage dynamique au tube à choc, puis en l’appliquant à ces essais. Une observable expérimentale pertinente relative à l’impact d’une goutte d’eau sur une structure plane étant obtenue, un nouveau cas de validation des méthodes numériques est alors défini. Les performances de plusieurs méthodes numériques sont alors évaluées, en s’intéressant aux profils de pression pariétale obtenus. Ces simulations reposent sur différentes formulations et différentes modélisations de l’interface (continue ou non). La méthode naturelle couplage Éléments Finis -Lagrange Euler associée apporte les résultats les plus convaincants. L’emploi de cette méthode naturelle apparaît finalement comme référence numérique en impact hydrodynamique : aucun paramètre autre que physique n’étant introduit dans le code. En conclusion, la possibilité est bien offerte aujourd’hui de faire avec l’ALE, sous réserve d’un emploi pertinent, des campagnes d’expérience numérique en calcul de structure avec impacts hydrodynamiques

Numerous numerical methods exist that can be used to solve fluid/structure interactions during hydrodynamic impacts on deformable structures. The purpose of the present work is to define a methodology which allows validating these numerical methods. The first stage of this work is to establish experimental reference, using a pressure transducer, in order to validate these methods. A methodology of exploitation of dynamics test responses, dedicated to the elimination of such measurement if needed, in order to get the true contact pressure that deformable structures have to support during hydrodynamic impacts, is proposed. For that purpose, the dynamic calibration of a pressure transducer is performed using shock tube, and a dynamic correction function is established, first theoretically, then practically. The obtained function is then applied on existing test results coming from water drop impacts onto the studied pressure transducer, in order to calculate the corresponding contact pressure on a flat panel. The second stage of this research is to model this phenomenon with different numerical methods: Finite Element Method, Arbitrary-Lagrange-Euler (ALE) Method and Smooth Particles Hydrodynamic Method, with a conforming –or not- interface. Comparison between corrected pressure and calculated pressure, corresponding to contact pressure on a flat panel, shows that ALE Method using a conforming interface (continuous mesh) is able to give good assumption of the hydrodynamic impact phenomenon, under the hypothesis that dynamic effect are more important than numerical diffusion. In conclusion, it is possible today to simulate correctly, with ALE method, hydrodynamic impacts on deformable structures