Vers une modélisation efficace de l'interaction fluide-structure

Towards an efficient modeling of Fluid-Structure Interaction

• Auteur / Autrice : Leidy catherine Ramirez Villalba
• Direction : Michel Visonneau, Alban Leroyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 20/11/2020
• 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 : Yannick Hoarau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Visonneau, Alban Leroyer, Yannick Hoarau, Joris Degroote, Wulf Dettmer, Élisabeth Longatte, Yann Roux, Corentin Lothodé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joris Degroote, Wulf Dettmer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Turbulence

Interaction fluide-structure

Mots clés libres

FSI

Algorithme interne implicite

Algorithme asynchrone

Stabilisation numérique

Couplages forts

Gain de temps de calcul

RANS CFD

FEM non linéaire

Structures complexes

Méthodes Schwarz

Jacobien de l'interface

Couplage auxiliaire

VIV

Méthode des tranches

FSI

Implicit internal algorithm

Asynchronous algorithm

Numerical stabilization

Strong couplings

Computational time gain

RANS CFD

Non-linear FEM

Complex structures

Schwarz methods

Jacobian of the interface

Auxiliary coupling

VIV

Slice method

Résumé

Les applications industrielles FSI se caractérisent par des géométries et des matériaux complexes. Afin de prédire avec précision leur comportement, des coûts de calcul élevés sont associés, à la fois en temps et en ressources informatiques. Pour améliorer la qualité de la prédiction sans pénaliser le temps de calcul, et pour réduire le temps de calcul sans impacter la précision disponible aujourd'hui, deux axes principaux sont explorés dans ce travail. Le premier est l'étude d'un algorithme asynchrone qui pourrait permettre l'utilisation de modèles structurels complexes. Le second consiste à étudier la méthode des tranches en combinant l'utilisation d'un modèle RANS et d'un modèle FEM non linéaire. D'une part, l'étude de l'asynchronicité dans le domaine FSI a révélé différents aspect d'intérêt qui doivent être approfondis avant que l'approche puisse être utilisée industriellement. Cependant, un premier traitement des points mentionnés ci-dessus a montré des signe d'amélioration qui pourraient conduire à un algorithme prometteur, qui se situe naturellement entre l'algorithme explicite et l'algorithme implicite. D'autre part, il a été montré que la méthode des tranches développée dans ce travail conduit à une réduction significative du temps de calcul sans dégradation de la précision.

FSI industrial applications are often described by complex geometries and materials. In order to accurately predict their behavior, high computational costs are associated, both in time and in computational resources. To improve the quality of the prediction without penalizing the computational time, and to reduce the computational time without impacting the accuracy that is available today, two main axes are explored in this work. The first one is the study of an asynchronous algorithm that could allow the use of complex structural models. The second axis consists of the study of the strip method while combining the use of a RANS model and a non-linear FEM model. On the one hand, the study of asynchronicity in the FSI domain revealed different aspects of interest that must be addressed before the approach can be used industrially. However, a first treatment of the limitations found showed signs of an improvement that could lead to a promising algorithm, one that naturally lies between the implicit external algorithm and the implicit internal algorithm. On the other hand, it was shown that the strip method developed in this work achieves a significant reduction in calculation time while maintaining excellent accuracy.