Modélisation des effets d'une onde de souffle sur les structures de génie civil : de l'explosif à l'interaction fluide-structure

Numerical modeling of blast wave effects on civil engineering structures : from explosives to fluid-structure interaction

• Auteur / Autrice : Pierre Legrand
• Direction : Michel Arrigoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 11/06/2020
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Sixense NECS
• Jury : Président / Présidente : Nabiha Chaumeix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Trélat, Steven Kerampran, Alexis Lopoukhine, Franck Hervy, Shahrokh Ghavamian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Lecompte, Sébastien Roth

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Interaction fluide-structure

Effet de souffle

Hautes pressions

Ondes de choc

Tubes à choc

Constructions -- Effet de souffle

Ondes de détonation

Explosions

Mots clés libres

Modélisation numérique

Interaction fluide-structure

Tube à choc

Onde de choc

Dimensionnement

Numerical simulation

Fluid-structure interaction

Shock tube

Blast wave

Structural design

Résumé

Dans le cadre du calcul numérique d’une structure de génie civil soumise à une explosion, une grande précision dans la modélisation implique un temps de calcul très important et donc une mauvaise réactivité. Ces travaux de thèse se sont donc focalisés sur l’établissement de méthodes de calcul permettant d’améliorer la précision et/ou la rapidité du calcul numérique. Dans un premier temps, la précision des méthodes actuelles est évaluée grâce à une campagne d’essais au tube à choc. La simulation numérique permet de reproduire fidèlement les déplacements et pressions observés. Sur cette base, la détonation est remplacée par la détente d’un gaz à haute pression. Cette méthode permet de diminuer les gradients de pression aux premiers instants de l’explosion et ainsi augmenter la précision loin de la charge. Une seconde modélisation, sans prise en compte de l’interaction fluide structure a également été évaluée. Ces deux nouveaux modèles numériques ont fait l’objet d’études paramétriques permettant de déterminer la perte éventuelle de précision et les grandeurs physiques prépondérantes dans l’estimation de cet écart vis-à-vis de la référence choisie.

Numerical simulation of blast wave loaded structures required large amount of CPU time in order to achieve reasonable accuracy. Today, there is a trade off needing between accuracy and CPU time, this PhD suggest differents numerical models to enhance the simulation. In the first time, the current methods are evaluated in comparison with experimental data of pressure and displacement recorded on shock tube experiments. In this particular case, the numerical simulation is showing good accuracy. Based on these results, the detonation process is replaced the relaxation of high pressure gas. This method reduces the high pressure gradient at the beginning of the blast wave and thus increase the accuracy at latter stages. The second model consist in overlooking the fluid structure interaction. Both of this models have been studied thanks to a parametric studies showing the accuracy loss. Then the relevant physical parameters for the influence of both simplifcation are extracted and evaluated.