Article interactif

1 - INTERACTION FLUIDE-STRUCTURE

2 - MÉTHODES NUMÉRIQUES EN DYNAMIQUE DES FLUIDES ET DES STRUCTURES

3 - COUPLAGE DE CODES

4 - EXEMPLES EN HYDRODYNAMIQUE

5 - CONCLUSION

6 - SIGLES ET GLOSSAIRE

7 - REMERCIEMENTS

Article de référence | Réf : BM5205 v1

Calculs couplés fluide-structure - Co-simulations appliquées à l'hydrodynamique

Auteur(s) : Jean-François SIGRIST

Relu et validé le 10 mars 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Modéliser et calculer les Interactions Fluide-Structure (IFS) intéresse de nombreuses situations rencontrées en hydrodynamique, comme la propulsion ou la tenue à la mer. Cet article est à destination d’élèves ingénieur en génie mécanique et d’ingénieurs en calcul scientifique et simulation numérique. Il présente une introduction aux méthodes de calcul par couplage de codes, utilisées afin de représenter l’IFS. Donnant des applications à l’hydrodynamique navale, les techniques présentées peuvent s’appliquer à toute autre situation.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Simulation of fluid-structure interactions Co-simulations applied to hydrodynamics

The numerical modelling of fluid-structure interactions is of paramoiunt importance in some industrial applications since the fluid loading on a structure is accountable in safety, lifte time, and nose generation issues. The present paper aims at providing students and practicing engineers with the fundamentals notions and numerical techniques available to simulate the structural response to fluid laoding excitations. Numerical methods based on CSD-CFD coupling are presented and applications are proposed in the context of hydrodynamic of marine plateforms.

Auteur(s)

INTRODUCTION

L’Interaction Fluide-Structure (IFS) désigne un échange d’énergie entre les mouvements d’une structure et l’écoulement d’un fluide. Elle se rencontre en hydrodynamique navale dans de multiples situations – et concerne de nombreux autres secteurs industriels (construction aéronautique et automobile, génie civil et nucléaire). Elle conditionne en particulier les performances hydrodynamiques de nombreux systèmes réalisant les fonctions de propulsion et de stabilisation du navire (hélices, safrans, carènes, voiles).

Les techniques de simulations numériques actuelles offrent de modéliser l’interaction fluide-structure dans des configurations géométriques réelles. Les stratégies dites de « co-simulation » utilisent deux codes de calcul : un code de mécanique de structures et un code de mécanique des fluides. Elles tirent parti des fonctionnalités dévolues à ces deux outils de simulation et permettent de représenter finement les interactions fluide/structure.

Développées depuis plusieurs décennies, ces techniques de calcul sont disponibles aux ingénieurs de l’industrie afin d’étudier des situations nécessitant de rendre des IFS. Elles sont disponibles dans des outils de simulation commerciaux généralistes comme dans les codes open-source.

Cet article propose une introduction à ces techniques de calcul, en donnant différents exemples d’application à l’hydrodynamique navale. Il s’adresse principalement à des étudiants en génie mécanique, et plus généralement à des ingénieurs en calcul scientifique et à des concepteurs d’installations concernées par cette problématique, dans l’industrie navale ou des énergies marines renouvelables.

Après avoir exposé des éléments de contexte concernant l’IFS, l’article propose un rappel des modélisations et formulations des problèmes de dynamique des fluides et des structures, ainsi que les méthodes accessibles aux ingénieurs dans les codes de calcul. Les stratégies de couplage en temps et en espace sont ensuite évoquées dans leurs grandes lignes – en soulignant les points particuliers du couplage (stabilité et précision numériques en particulier). Trois exemples d’applications à l’hydrodynamique navale sont ensuite présentés.

Le propos est complémentaire de nombreux exposés relatifs à l’IFS et à la simulation numérique en mécanique des fluides et des structures. Ils font l’objet de dossiers spécifiques accessibles dans la base documentaire des Techniques de l’Ingénieur. Le lecteur trouvera ces références dans la partie documentation associée à cet article. Une bibliographie supplémentaire et des liens vers des sites internet lui proposent des ressources utiles afin d’approfondir ses connaissances sur le sujet.

En fin d’article, est proposé un glossaire des termes et expressions importants.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

numerical simulation   |   fluid-structure interaction   |   structural dynamics   |   fluid dynamics   |   code coupling   |   co-simulation

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5205


Cet article fait partie de l’offre

Fonctions et composants mécaniques

(213 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Fonctions et composants mécaniques

(213 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - YVIN (C.), LEROYER (A.), GUILMINEAU (E.), QUEUTEY (P.), VISONNEAU (M.) -   Couplage de codes pour l’étude d’interactions fluide-structure de corps rigides dans le domaine de l’hydrodynamique navale.  -  14èmes Journées de l’Hydrodynamique (2014).

  • (2) - FERNANDEZ (M.A.) -   Modèles simplifiés d'interaction fluide-structure.  -  Thèse de doctorat, Université Paris-Dauphine (2001).

  • (3) - GUILLARD (H.), FARHAT (C.) -   On the significance of the geometric conservation law for flow computations on moving meshes.  -  Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 190, 1467-1482 (2000).

  • (4) - BOFFI (D.), GASTALDI (L.) -   Stability and geometric conservation laws for ALE formulations.  -  Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 193, 4717-4739 (2004).

  • (5) - CAO (W.), HUANG (W.), RUSSELL (R.D.) -   A moving mesh method based on the geometric conservation law.  -  SIAM Journal on Scientific Computing, 24, 118-142 (2002).

  • ...

1 Sites Internet

Romain GAILLARD, « Centrale Nantes et Bureau Veritas se lancent dans la transformation numérique de la construction navale », L’Usine Digitale, 7 mars 2016.

https://www.usine-digitale.fr/article/centrale-nantes-et-bureau-veritas-se-lancent-dans-la-transformation-numerique-de-la-construction-navale.N382757

Julie DANET, « Plus de courant dans les pales », Sciences Ouest, février 2015.

https://www.espace-sciences.org/sciences-ouest/328/dossier/plus-de-courant-dans-les-pales

Ravindra KRISHNAMURTHY, « The Art and Science of Meshing Airfoils », GridPro, 6 novembre 2017.

http://blog.gridpro.com/the-art-and-science-of-meshing-airfoils/

Claire MARION, « Une hélice propulsée à l’innovation », Le Télégramme de Brest, 16 mai 2018.

https://www.letelegramme.fr/economie/lorient-une-helice-propulsee-a-l-innovation-16-05-2018-11959804.php...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Fonctions et composants mécaniques

(213 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Fonctions et composants mécaniques

(213 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS