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Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Quelques Problèmes de Couplage Fluide-Structure Pôle Structures et Couplages B. PESEUX.

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1 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Quelques Problèmes de Couplage Fluide-Structure Pôle Structures et Couplages B. PESEUX

2 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Plan Couplage Fluide-Structure –Ce qui est bien maîtrisé –Les études récentes –Les études actuelles et les perspectives

3 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Couplage Fluide-Structure I-Ce qui est bien maîtrisé. Problèmes linéaires en : -Hydroélasticité -Vibroacoustique

4 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Les Couplages traités Domaine Intérieur (Réservoirs) Domaine Extérieur (Flotteurs) Domaine Intérieur/Extérieur (Cavité acoustique immergée) s Surface libre Surface libre s f f s f1 f2 Fluide extérieur Fluide intérieur

5 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 HYPOTHESES FLUIDE -Lourd -Parfait, -Mouvement irrotationnel -Compressible ou Incompressible STRUCTURE -Petites perturbations -Elasticité Linéaire COUPLAGE -Continuité des Vitesses Normales -Continuité des Contraintes Normales

6 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Les Equations du Pb Couplé

7 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Les Méthodes de Couplage Couplage de codes StructureFluide -Couplage Eléments Finis- Eléments Finis (Bien adaptée aux problèmes intérieurs) -Couplage Eléments Finis- Equations Intégrales (Bien adaptée aux problèmes extérieurs) -Couplage Elém. Finis- Elém. Finis+Elém. infinis

8 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Système discrétisé - Couplage Eléments Finis- Eléments Finis Cas particulier : Hydroélasticité-Masse ajoutée

9 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin Couplage Eléments Finis- Equations Intégrales Masse ajoutée

10 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Applications Hydroélasticité-Vibroacoustique -Vibrations de Poutres, Plaques ou Coques ( Némoz-Gaillard 1988, Bérot 1997) -Vibrations de Réservoirs -Sloshing : Influence de la Condition de Surface Libre -Réponse de Structures dans la houle -Flotteurs, Multicoques,… Codes « maison », SAMCEF-AQUADYN (Oudin 1988, Feng 1989)

11 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin Réponse de Structures dans la houle (G. Marckmann, L. Gornet, B. Peseux) Code Structure : SAMCEF Code Hydrodynamique : AQUADYN

12 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Code Structure : SAMCEF (Méthode des éléments finis) -Couplage Faible : Réponse de la structure -Couplage Fort : base modale Code Hydrodynamique : AQUADYN (Méthode des singularités) -Calcul de la raideur hydrostatique -Calcul des coefficients de masse et amortissement ajoutés -Calcul des efforts dus à la houle Couplage Projection sur le maillage élément fini Collaborations : LMF, Multiplast (Jet Service V, Clubmed, Orange,..), Banque Populaire

13 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 II-Les Etudes d actualité-Problèmes non linéaires II-1-Grands Déplacements : -Grands déplacements de flotteurs : simulation de lenfournement, du surf (Tessier 1998) -Sloshing : prise en compte de termes du second ordre (DEA et communications )

14 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin II-2-Impact hydrodynamique -B. Donguy 2002, Collaboration BEC -A. Constantinescu, A. Nème ENSIETA (Brest) Analyse classique: - Découplage fluide/structure -Code Impact :Théorie des tranches v Zone of study Structural velocity field velocities (m/s) Vitesse dimpact : v = 6 m/s

15 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Surface Libre ( ) : z y x Domaine fluide ( f ) : Interface dans 0 P dagr.da 2 1 t f à linterface n.u n s sur la surface libre Analyse proposée

16 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 e B dsNnNFS s T f Avec: Hypothèses : - Structures « plates » conditions d interface écrites sur le plan z=0 surface mouillée inconnue h =uzh =uz h u z Détermination de la surface mouillée : itérations FS

17 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 titi t i+1 2 t Problème Fluide Calcul de la force de pression Problème Structure Résolution Numérique : Couplage Faible Adaptation des codes CASTEM et ABAQUS i-i- i+i+

18 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Numerical Experimental v = 2,5 m/s sensor 2 sensor 1 sensor 2 sensor 1 Essais expérimentaux : études de cônes

19 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 II-3-Etude des effets de confinement - J.F. Sigrist (2004), C. Lainé, DCN Indret, B. Peseux

20 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problème structure non linéaire Equations du mouvement –Traction –Flexion Résolution numérique (code Fortran ) –Discrétisation spatiale : méthode des éléments finis –Discrétisation temporelle : algorithme implicite/explicite au second en O ( t 2 )

21 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problème fluide non linéaire Equations dynamique en formulation ALE : (v,w,p) –Conservation de la masse –Conservation de la quantité de mouvement –Equation de conservation en espace Résolution numérique (code commercial CFD) –Discrétisation en espace : méthode des volumes finis, schéma de discrétisation au second ordre MARS –Discrétisation en temps : solveur découplé, algorithme implicite PISO –Maillage mobile –Méthode de capture dinterface VOF

22 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Couplage faible éléments finis/volumes finis (1) Couplage en temps : algorithme dintégration explicite, décalé Filtrage des oscillations numériques hautes fréquences

23 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Couplage faible éléments finis/volumes finis (2) Couplage en espace : transfert des efforts et déplacement Gestion des non conformités de maillage

24 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Couplage fort : résultats numériques Effets de non linéarités structure Effets de masse d eau ajoutée et masse deau déplacée

25 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 III-Les Etudes en cours et les Perspectives III-1-Impact hydrodynamique (M. Tourbier (2004), N. Moës, E. Béchet) -Ecriture des conditions -de surface libre -d interface sur les surfaces réelles par la méthode X-FEM III-2-Couplage de codes (PPF: GeM-IRCYN-LMF) -Etude du couplage écoulement/mouvement pour la conception d un robot sous-marin anguiliforme -Etude du couplage écoulement/déformation de structure (Interface EF/Hydro)


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