Simulation des interactions fluide-structure dans le problème de l’aquaplaning

Numerical simulation of the fluid-structure interactions inside the aquaplaning problem

• Auteur / Autrice : Corentin Hermange
• Direction : David Le Touzé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
• Date : Soutenance le 05/06/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Berthon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Le Touzé, Christophe Berthon, Thomas Rung, Antonio Souto-Iglesias, Laurent Gornet, Andrea Colagrossi, Yohan Le Chenadec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Rung, Antonio Souto-Iglesias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation des données (informatique)

Simulation par ordinateur

Interaction fluide-structure

Mots clés libres

Interactions fluide-structure

Couplage SPH-FE

Aquaplaning

Fluid-structure interactions

SPH-FE coupling

Aquaplaning

Résumé

Le problème de l’hydroplannage a fait l’objet de peu de travaux de simulation jusqu’à présent du fait de sa complexité : couplage fluide-structure, complexité de la structure du pneu du fait des matériaux en présence, contact avec l’asphalte, complexité de l’écoulement fluide résultant (interface extrêmement complexe,assèchement de la route, ventilation, développement éventuel de la turbulence et de cavitation). Dans ce contexte, Michelin, Centrale Nantes et NextFlowSoftware ont cherché récemment à évaluer la capacité du solveur SPH développé par ces deux derniers pour classifier des pneumatiques en fonction de la géométrie de leurs structures surfaciques, sans prendre en compte la phase gazeuse. Cela a permis de démontrer la faisabilité de telles simulations par méthode SPH, et même d’obtenir de bons résultats avec pour avantages de s’absoudre des difficultés liées au maillage. L’autre avantage conséquent d’utiliser la méthode SPH pour modéliser le fluide dans ce contexte est apparu dans sa capacité à se coupler relativement aisément à des solveurs classiques de type Eléments Finis pour le problème structurel. L’objectif du doctorat est triple, poursuivre la qualification du couplage SPH–Eléments Finis, en particulier en termes énergétiques, développer des schémas permettant d’assurer un bon compromis stabilité / précision / temps de calcul. Deuxièmement quantifier l’influence des différents phénomènes physiques en jeu pour déterminer lesquels doivent être modélisés. Enfin adapter des modélisations SPH permettant de prendre en compte simultanément les différents phénomènes influant pour réaliser des simulations du problème complet.

The aquaplaning problem has been the topic of simulation works emphasizing its complexity: fluid structure interactions, structures modelling, materials involved, contact with asphalt and the complexity of the resulting fluid flow (extremely complex interface, drying up the road, ventilation, possible development of turbulence and cavitation). As additional difficulty, the tire is a highly deformable body and fluid-structure interaction effects should be considered, leading to a challenging problem for the numerical modelling. Then Michelin, Ecole Centrale Nantes and NextFlow Software have recently tested the ability of the SPH solver developed by the two latter to classify tires based on their surface structure geometries, without considering the gas phase. In this context, the interest of SPH for modelling efficiently the aquaplaning flow has been underlined. The meshless and Lagrangian feature of SPH naturally avoid the problem of fluid/solid grid compatibility. The other significant advantage of the SPH method, in this context, appears in its ability to be relatively easily coupled to with conventional Finite Element solvers. The aim of this workis three fold. First, qualify the SPH-FE coupling strategy, especially in terms of energy and then develop schemes to ensure a good compromise among stability, accuracy and computation time. Second, quantify the influence of different involved physical phenomena to determine which should be modelled. Finally, adapt SPH models to simultaneously consider different phenomena and to performe simulations of the complete problem.