Article interactif

1 - PROBLÉMATIQUE GÉNÉRALE DU COUPLAGE FLUIDE/STRUCTURE

2 - MÉTHODES NUMÉRIQUES POUR LE CALCUL D'UNE STRUCTURE COUPLÉE AVEC UN FLUIDE STAGNANT

3 - NOMENCLATURE

Article de référence | Réf : BM5200 v1

Méthodes numériques de calculs couplés fluide/structure - Cas du fluide stagnant : introduction

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

Ici sont succinctement exposées des méthodes de calcul pour la simulation numérique de problèmes mettant en jeu un couplage entre une structure et un fluide. Deux classes de problèmes couplés sont distinguées. Dans la première, les mouvements du système considérés sont petits, avec une description de l'interaction fluide/structure dans le domaine fréquentiel, en se basant sur des équations linéaires. Dans ce cas, les méthodes de calcul consistent en un couplage entre, d'une part, une discrétisation éléments finis du problème structure, et d'autre part soit une discrétisation éléments finis, soit avec des éléments de frontière du problème fluide. Dans la seconde, les mouvements du système sont grands, de sorte qu'une description de l'interaction fluide/structure dans le domaine temporel, basée sur des équations éventuellement non linéaires, est nécessaire. Les méthodes de calcul consistent alors en un couplage de codes de calcul de dynamique des fluides et des structures. Les techniques de discrétisation en espace sont dans ce cas des méthodes volumes finis pour le fluide et éléments finis pour la structure. Des exemples d'application des différentes méthodes sont proposés en complément de l'exposé théorique.

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

Lire l’article

ABSTRACT

Numerical methods of coupled fluid/structure calculation

This article briefly presents calculation methods for the numerical simulation of problems involving a coupling between a structure and a fluid. Two classes of coupled problems are distinguished. In the first one, the movements of the system are small, with a description of the interaction fluid/structure in the frequency domain based upon linear equations. In this instance, the calculation methods consist of, on the one hand, a coupling between a finite elements discretization of the structure problem and , on the other, either a finite elements discretization or with boundary elements of the fluid problem. In the second instance, the movements of the system are large and thus requires a description of the fluid/structure interaction in the temporal domain based on possibly non-linear equations. The calculation methods then consist in coupling the calculation codes of fluid dynamics and structures. The techniques of spatial discretization are in this case finite volume methods for the fluid and finite elements for the structure. In order to illustrate the theoretical presentation, application examples of the various methods are provided.

Auteur(s)

INTRODUCTION

Les phénomènes liés au couplage mécanique fluide/structure apparaissent, à des degrés divers d"importance, pour toute structure en contact avec un fluide. Ce type de couplage multiphysique se rencontre dans de nombreuses situations industrielles et l'influence qu'il peut avoir sur le comportement dynamique de systèmes mécaniques est souvent significative. La prise en compte des effets de couplage fluide/structure devient alors un enjeu de première importance dans le dimensionnement de structures, en particulier en raison d'exigences de sécurité associées à leur conception. Le développement continu de techniques de calcul numérique et l'augmentation constante des capacités de calcul des machines rendent possible la mise en œuvre de simulations numériques complexes, faisant intervenir des couplages divers. L'objet du présent article est de proposer une introduction aux méthodes numériques générales accessibles à l'ingénieur pour la simulation de problèmes de couplage fluide/structure. La variété des situations physiques et des problèmes posés par le couplage fluide/structure est telle qu'il est difficile d'établir un classement général des méthodes numériques. On utilise cependant dans cet exposé une distinction entre deux grandes classes de problèmes couplés, selon que le fluide stagne ou s'écoule. Les méthodes numériques présentées et discutées dans cet exposé introductif correspondent à des techniques de calcul qu'il est possible de mettre en œuvre avec des outils de calcul généralistes. L'article ne prétend pas dans ce contexte à une quelconque exhaustivité, car on peut considérer qu'il existe autant de méthodes numériques que de situations physiques en couplage fluide/structure. La mise en œuvre d'un calcul numérique nécessite une bonne compréhension des mécanismes qui régissent la physique du problème étudié ; dans ce contexte, la lecture d'ouvrages généraux dédiés à la description et la compréhension des mécaniques fondamentaux du couplage fluide/structure constituent un préalable pertinent à la présentation de méthodes de calcul. Le présent article peut être vu dans son esprit comme un complément à l'article « Interaction fluide/structure vibrante » proposé par René-Jean Gibert dans les Techniques de l'Ingénieur [AF 5 250]. La présentation s'articule en deux points : dans la première section, on propose quelques rappels élémentaires sur la problématique du couplage fluide/structure ; on développe ensuite dans la deuxième section les principes des méthodes de couplage pour un fluide stagnant. Dans un second article à paraître seront abordés les principes des méthodes de couplage pour un fluide s'écoulant. On en profitera aussi pour replacer ces méthodes dans le contexte de leur utilisation industrielle.

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.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5200


Cet article fait partie de l’offre

Fonctions et composants mécaniques

(212 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

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

(212 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) - ABOURI (D.) -   Un algorithme d'interaction entre un fluide et un corps rigide.  -  Thèse de Doctorat, Université de Poitiers (2003).

  • (2) - ABOURI (D.), PARRY (A.), HAMDOUNI (A.), LONGATTE (E.) -   A stable fluid-structure algorithm : application to industrial problems.  -  Journal of Pressure Vessel Technology, 128, p. 1-8 (2005).

  • (3) - ALIA (A.) -   Simulation numérique en vibroacoustique et en interaction fluide/structure.  -  Université de Lille (2006).

  • (4) - AL-JAMAL (H.), DALTON (C.) -   Vortex induced vibrations using large eddy simulation at a moderate Reynolds number.  -  Journal of Fluids and Structures, 19, p. 73-92 (2004).

  • (5) - AMINI (S.), HARRIS (P.J.) -   A comparison between various boundary integral formulations for the exterior acoustic problem.  -  Computational Methods in Applied Mechanics and Engineering, 84, p. 59-75 (1990).

  • (6)...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% 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

(212 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

(212 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