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1 - MÉTHODES NUMÉRIQUES POUR LE CALCUL D'UNE STRUCTURE COUPLÉE AVEC UN FLUIDE S'ÉCOULANT

2 - VERS DES SIMULATIONS COUPLÉES FLUIDE/STRUCTURE POUR DES PROBLÈMES INDUSTRIELS

Article de référence | Réf : BM5201 v1

Méthodes numériques de calculs couplés fluide/structure - Cas du fluide s'écoulant : introduction

Auteur(s) : Jean-François SIGRIST

Relu et validé le 10 mars 2021

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Présentation

RÉSUMÉ

Le couplage mécanique fluide/structure se rencontre dans de nombreuses situations industrielles et les phénomènes qui en découlent ont un impact parfois important, notamment sur le dimensionnement des structures. La prise en compte des effets de ces couplages devient alors primordiale. La mise en œuvre de simulations numériques complexes, nécessitant de fortes capacités de calcul, est de nos jours plus simple et permet d’aborder les problématiques des divers couplages mécaniques fluide/structure existants. Ces méthodes numériques sont nombreuses et couvrent l’ensemble des situations physiques rencontrées. Deux classes de problèmes coupés sont couramment distinguées, selon que le fluide est stagnant ou s’écoulant, ce dernier cas présentant davantage de complexité en termes de modélisation mathématique mais aussi de compréhension physique.

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ABSTRACT

Digital methods of coupled fluid/structure calculation

The mechanical fluid / structure coupling occur in various industrial situations and the phenomena it generates at times have a significant impact, notably on structure dimensioning. It is thus necessary to take into account the impact of such couplings. Complex digital simulations requiring considerable calculation capacities have become easier to implement and allow for addressing the issues of existing mechanical fluid / structure couplings. There is a wide range of such digital methods which encompass any and all physical situation that have arisen. Two types of cut problems are commonly distinguished be the fluid stagnant or flowing. This latter case is more complex in terms of mathematical modeling and also of physical understanding.

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 est stagnant ou s'écoulant. Le cas du fluide stagnant est abordé dans le dossier [BM 5 200] (« Méthodes numériques de calculs couplés fluide/structure – Cas du fluide stagnant : introduction ») ; le présent dossier s'intéresse au cas du fluide s'écoulant et replace les techniques de calculs couplés dans le contexte de leur utilisation industrielle. Les références proposées dans le présent article sont disponibles dans la rubrique « Pour en savoir plus » associée au dossier [BM 5 200].

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5201


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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)...

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