Couplage de codes en interaction fluide-structure et applications aux instabilités fluide-élastiques

par Fabien Huvelin

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Mhamed Souli et de Élisabeth Longatte.

Soutenue le 16-06-2008

à Lille 1 .


  • Résumé

    La thèse porte sur le développement d'un couplage entre un code de mécanique des fluides et un de code mécanique des structures afin de modéliser le départ en instabilité d'une structure soumise à un chargement fluide-élastique. Dans un premier temps, la méthodologie de couplage est présentée. Celle-ci englobe les modèles de couplage permettant de résoudre le décalage lié à une résolution partitionnée des équations fluide et structure, les méthodes de déformation de maillage afin de permettre aux deux milieux de rester en contact et les méthodes de projections afin de transférer les données d'un domaine à l'autre Dans un second temps, une étude semi-analytique est menée sur les schémas de couplage partitionnés. Le cas de deux cylindres vibrant dans un fluide parfait au repos est étudié pour lequel une solution analytique en termes de conservation de l'énergie est connue. Ce cas permet de tester un ensemble de schémas et de vérifier leur bon comportement quant à la conservation de l'énergie du domaine étudié. Il permet également de quantifier l'erreur liée au code de calcul. Dans un troisième temps, une étude sur l'instabilité d'une structure flexible soumise à un écoulement interne est menée. Elle démontre que la structure part en instabilité à partir d'une certaine vitesse d'écoulement. Ce cas est repris afin d'introduire une méthode d'incertitude. Le but est de montrer la possibilité d'utiliser la méthode du chaos polynomial afin d'étudier une probabilité de dépassement de seuil (le départ en instabilité de la structure) lorsqu'une variable en entrée est incertaine. Dans un dernier temps, une étude sur les faisceaux de tubes est menée. Des études sont menées avec un unique tube mobile ou un ensemble de tubes mobiles. Des simulations sont réalisées avec un fluide au repos afin de comparer les résultats à des données analytiques et numériques. Puis des simulations sous écoulements sont réalisées afin de montrer afin de mettre en évidence le départ en instabilité des structures qui varie selon le nombre de tubes mobiles.

  • Titre traduit

    Fluid-structure interactioin code coupling applied to fluidelastic instabilities


  • Résumé

    The PhD deals with coupling between a fluid mechanics and a structure mechanism code in order to simulate the instabilities departure of flow induced vibrations. Firstly, methodology is presented: coupling scheme which allows staggered procedure, mesh deformation in order to aIIow interface tracking and exchange of information for non-matching interface. Secondly, a study on staggered procedure is performed with the case of two moving cylinders in a quiescent fluid. Results are compared to an analytical solution in order to check the coupling scheme behaviour and in order to quantify the energy conservation of the code. Thirdly, the stability of a pipe conveying tluid is performed. Results show the instability departure of the structure for a critical velocity. The uncertainty management is applied on this case in order to study the over threshold probability (instability departure) when an input variable is uncertain. Finally, the coupling is applied to tube bundles. Cases with one and several moving tubes are performed. Cases with quiescent fluid are compared results to analytical and numerical results. Flow simulations show instability departure which differ when one or several moving tubes are used.


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Informations

  • Détails : 1 vol.(iv-126 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.113-119. 92 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2008-309
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