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1 - INTERACTION FLUIDE-STRUCTURE

2 - MODÉLISATION DU CHARGEMENT FLUIDE

3 - SIMULATION NUMÉRIQUE

4 - DOMAINE D’APPLICATION ÉMERGEANT DE L’IFS

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SYMBOLES

Article de référence | Réf : BM5199 v1

Interactions fluide-structure - Modélisation physique et méthodes numériques

Auteur(s) : Jean-François SIGRIST

Relu et validé le 27 janv. 2021

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RÉSUMÉ

Modéliser et calculer les interactions fluide-structure (IFS) s’avère dans certaines situations un point important de la conception de nombreux systèmes industriels, en raison d’exigences de sûreté, de durée de vie ou de bruit de nombreuses installations. Cet article est à destination d’élèves ingénieur en génie mécanique et d’ingénieurs en calcul scientifique et simulation numérique. Il présente une introduction à la physique des IFS, à leur modélisation mathématiques et aux différentes techniques de calcul accessibles aux ingénieurs pour les représenter dans une simulation numérique.

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ABSTRACT

Fluid-structure interactions Mathematical modelling and numerical methods

The numerical modelling of fluid-structure interactions is of paramount 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 loading excitations. The underlying principles of various methods, ranging from analytical to numerical models based on partially ot fully coupled procedures are exposed.

Auteur(s)

INTRODUCTION

L’Interaction Fluide-Structure (IFS) se rencontre dans de nombreuses situations dans différents secteurs industriels (construction aéronautique, automobile, navale, génie civil et nucléaire). La connaissance du chargement imposé par un fluide sur une structure à son contact est souvent déterminante pour concevoir une installation ou un produit, lui assurer des performances optimales et analyser ses risques d’exploitation.

Les techniques de simulations numériques actuelles offrent de modéliser l’interaction fluide-structure dans des configurations géométriques réelles et d’en représenter un grand nombre de manifestations. Développées depuis plusieurs décennies, ces techniques de calcul sont disponibles aux ingénieurs de l’industrie, dans des outils de simulation commerciaux généralistes comme dans les codes open-source.

Ce dossier propose une introduction à la modélisation mathématique et la simulation numérique des interactions fluide-structure et à une série d’articles consacrés à ce sujet dans la base documentaire Techniques de l’Ingénieur. 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.

Après avoir exposé différentes situations industrielles pour lesquelles l’IFS joue un rôle important, l’article aborde succinctement les principales modélisations du chargement fluide et de la réponse de la structure (représentation et analyse statiques, temporelles ou fréquentielles). Les stratégies de calcul les plus utilisées, qu’elles soient fondées sur des modèles empiriques ou analytiques, comme sur des simulations, sont ensuite passées en revue. L’article se conclut par une classification de ces méthodes et une présentation de certaines de leurs applications – chacune faisant l’objet d’un article spécifique de la base 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 importants, ainsi qu’un tableau des sigles, notations et symboles utilisés tout au long de l’article.

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KEYWORDS

numerical simulation   |   structural dynamics   |   fluid-structure interaction   |   fluid dynamics

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5199


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LEROYER (A.) -   Étude du couplage écoulement/mouvement pour des corps solides ou à déformation imposée par résolution des équations de Navier-Stokes. Contribution à la modélisation numérique de la cavitation.  -  Thèse de Doctorat, École Centrale de Nantes (2004).

  • (2) - AIT MOUDID (L.) -   Couplage Fluide Structure pour la simulation numérique des écoulements fluides dans une conduite à parois rigides ou élastiques, en présence d’obstacles ou non.  -  Thèse de Doctorat, Université d’Artois (2008).

  • (3) - POMAREDE (M.) -   Investigation et application des méthodes d’ordre réduit pour les calculs d’écoulements dans les faisceaux tubulaires d’échangeurs de chaleur.  -  Thèse de Doctorat, Université de La Rochelle (2012).

  • (4) - YVIN (C.) -   Interaction fluide-structure pour des configurations multi-corps. Applications aux liaisons complexes, lois de commande d'actionneur et systèmes souples dans le domaine maritime.  -  Thèse de doctorat, École Centrale de Nantes (2014).

  • ...

1 Sites internet

Sophie MARTOS, « La médecine in silico se cherche un avenir européen », Le Quotidien du Médecin, 13 septembre 2018

https://www.lequotidiendumedecin.fr/actualites/article/2018/09/13/la-medecine-silico-se-cherche-un-avenir-europeen_860769

Bérénice ROCFORT-GIOVANNI, « Votre jumeau numérique peut déjà être opéré. Et il prendra un jour des médicaments », L’Obs, 30 septembre 2018

https://www.nouvelobs.com/sante/20180928.OBS3148/votre-jumeau-numerique-peut-deja-etre-opere-et-il-prendra-un-jour-des-medicaments.html

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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 %.


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