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

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

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

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

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

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

Les Méthodes de Couplage Couplage de codes Structure Fluide -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 Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

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

-Couplage Eléments Finis- Equations Intégrales Masse ajoutée Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

Hydroélasticité-Vibroacoustique 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) Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

-Réponse de Structures dans la houle (G. Marckmann, L. Gornet, B. Peseux) Code Structure : SAMCEF Code Hydrodynamique : AQUADYN Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

Couplage Projection sur le maillage élément fini 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 Projection sur le maillage élément fini Code Structure : SAMCEF (Méthode des éléments finis) -Couplage Faible : Réponse de la structure -Couplage Fort : base modale Collaborations : LMF, Multiplast (Jet Service V, Clubmed, Orange, ..), Banque Populaire Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

II-1-Grands Déplacements : -Grands déplacements de flotteurs : II-Les Etudes d ’actualité-Problèmes non linéaires II-1-Grands Déplacements : -Grands déplacements de flotteurs : simulation de l’enfournement, du surf (Tessier 1998) -Sloshing : prise en compte de termes du second ordre (DEA et communications 97-98-99-00) Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

Structural velocity field -II-2-Impact hydrodynamique -B. Donguy 2002, Collaboration BEC -A. Constantinescu, A. Nème ENSIETA (Brest) v Zone of study Vitesse d’impact : v = 6 m/s Structural velocity field velocities (m/s) Analyse “classique”: -Découplage fluide/structure -Code Impact :Théorie des tranches Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

Analyse “proposée” ¶ f r r = & u . n à l’interface ¶ n Surface Libre () : z y x Domaine fluide (f) : Interface ¶ f r r = & u . n à l’interface ¶ n s sur la surface libre f ¶ dans P d a gr . 2 1 t W = r + Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

Détermination de la surface mouillée : itérations Hypothèses : -Structures « plates »  conditions d ’interface écrites sur le plan z=0 { } [ ] ò G = e B ds N n FS s T f Avec: GFS surface mouillée inconnue h =uz h uz Détermination de la surface mouillée : itérations Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

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

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

II-3-Etude des effets de confinement - J.F. Sigrist (2004), C. Lainé, DCN Indret, B. Peseux Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR 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(dt2) Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR 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 d’interface VOF Problèmes Couplés-Pôle Structures et couplages IFS 11 juin 2004 Problèmes Couplés - GDR IFS 11 Juin 2004

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

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