Développements numériques de la méthode SPH couplée aux Eléments Finis appliqués au phénomène de l'hydroplanage.

Numerical development of the SPH method coupled with the Finite Element method applied to the hydroplaning phenomenon

• Auteur / Autrice : Julien Michel
• Direction : David Le Touzé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
• Date : Soutenance le 06/07/2020
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Berthon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Le Touzé, Christophe Berthon, Sofiane Khelladi, Laurent Gornet, Corentin Hermange, Antonio Souto-Iglesias, Violaine Todorov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Aubert, Sofiane Khelladi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Dérapage

Éléments finis, Méthode des

Analyse numérique

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Détachement de jets

Couplage fluide/structure

Hydroplanage

Smoothed particle hydrodynamics (SPH)

Particle shifting technique (PST)

Non viscous flow separation

Fluid/structure interaction

Hydroplaning

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le projet Fond Unique Interministériel (FUI) HydroSafeTire, dédié à l’étude du phénomène de l’hydroplanage. Au cours d’une précédente thèse sur le sujet au sein du laboratoire, l’étude de ce phénomène a été réalisée via un couplage fluide/structure SPH/FE en utilisant le solveur FE Abaqus développé par Simulia. Des effets tels que la hauteur d’eau, la vitesse du véhicule ou encore l’usure du pneumatique ont ainsi été investigués, montrant que les tendances observées durant les expérimentations étaient retrouvées numériquement. A l’issue de ces travaux, il a donc été décidé d’utiliser le solveur structure FE développé spécifiquement par Michelin (en collaboration avec le GIREF) pour ses applications, afin de tirer profit des avantages de ce solveur pour le problème spécifique de l’hydroplanage. Ainsi dans cette thèse, la première étape est la validation du couplage SPH/FE avec ce code structure sur des cas tests académiques. L’obtention d’un bon compromis précision des résultats / temps de restitution des simulations constitue un enjeu majeur, en particulier dans un contexte industriel. Ainsi, cette thèse s’articule autour de trois axes. Premièrement, un travail sur la consistance des schémas SPH utilisant une méthode de désorganisation particulaire est effectué, en parallèle d’un travail sur la méthode de désorganisation en elle même. Ensuite, un modèle de décollement de jets de surface libre est proposé, compatible avec la prise en compte des effets de succion. Enfin, différents schémas de couplage SPH/FE à pas de temps différés sont étudiés, avec une application à l’hydroplanage.

This PhD thesis takes place in the Fond Unique Interministériel (FUI) HydroSafeTire project, dedicated to the study of the hydroplaning phenomenon. During a previous PhD thesis regarding this topic in the lab., the hydroplaning phenomenon has been investigated via a fluid/structure SPH/FE coupling, using the FE solver Abaqus developed by Simulia. Physical effects such as the water height, the velocity of the vehicle and the tire wear have been studied, showing that the tendencies experimentally observed were retrieved in the simulations. Therefore, it has been decided to use the FE structure solver specifically developed by Michelin for their tire applications, in order to take benefits of this solver for the specific hydroplaning problem. Then, in the present PhD thesis, the first step is the validation of the SPH/FE coupling, using this FE code, on academic test cases. The compromise between the accuracy of the results and the restitution time of the simulations is of paramount importance, particularly in an industrial context. Thus, three main topics are investigated in this work. Firstly, the consistency of SPH schemes using a Particle Shifting Technique (PST) is studied, in addition to a work on the PST itself. Then, a model of flow separation is proposed, compatible with suction effects. Finally, different coupling schemes SPH/FE using differed time-steps are studied, with an hydroplaning application.