Fluides, structures, interactions >> Étude des structures en interaction avec des fluides essentiellement incompressibles et newtoniens

1° Fluides, structures, interactions

 

Cet axe s'intéresse à l'étude des structures en interactions avec des fluides essentiellement incompressibles et newtoniens. Les applications principales prennent place dans un environnement marin. De plus certaines activités concernent l’analyse des instabilités et la transition vers la turbulence.

Le développement de méthodes numériques spécifiques nécessaires à la résolution de problèmes à très grand nombre de variables trouve des applications en mécanique des fluides et en vibrations de structures minces. Le calcul des instabilités et le suivi des branches bifurquées permettent de décrire avec précision les phénomènes physiques étudiés, tels que les écoulements autour de solides indéformables et les vibrations non linéaires de structures.

Les verrous scientifiques concernent principalement le développement de méthodes numériques avancées en mécanique des fluides et pour les interactions fluide-structure ainsi que les sollicitations hydrodynamiques auxquelles sont soumises les structures navales, avec également une étape de validation expérimentale.

 

  • Caractérisation et modélisation de chargements hydrodynamiques globaux et locaux pour dimensionner des navires et des sous-parties de systèmes navals, tels que des appendices portants et les propulseurs. Les problématiques pour les objets mis en jeu concernent par exemple l’optimisation de performances et le dimensionnement des points de vues hydrodynamique et/ou structurel.

Experimental set-up in “Bassin de Génie Océanique” First  (La Seyne/Mer, France) for an elliptic paraboloid set on  the forced motion generator. Study of the oblique entry of three dimensional bodies in liquid.

 

Successive free surface profiles in a rectangular tank with chamfers. The tank is in forced horizontal motion. Results of the code FSID which solves the fully nonlinear equations in potential theory

  • Critères de stabilité du navire à l’état intact

Courbes de KGmax en fonction du déplacement du navire. Le KGmax est l’altitude maximum que peut prendre le centre de gravité en respectant la contrainte réglementaire. On compare les résultats des différents calculs réglementaires proposés pour protéger l’APL China du roulis paramétrique. Les calculs de niveau 1 (L1.1 et L1.2) sont plus restrictifs que les calculs de niveau 2 (L2.1 et L2.2). En appliquant la règle L2.2 et la réglementation actuellement en vigueur (IMO 1st gen), on définit la zone de vulnérabilité du navire. Le déplacement et la valeur du KG lors de l’accident montre que l’application de cette nouvelle réglementation aurait empêché l’accident.

  • Conception et optimisation de cerfs-volants de traction de très grande taille (supérieur à 1000 m2) pour navires (projet beyond the sea®) avec une approche interaction fluide-structure et prise en compte de l’anisotropie. Manœuvrabilité et stabilité du navire tracté.

 

On-board picture of the kite in static flight during measurement campaign held in Canada in Autumn 2015 (gauche) - IFS on a kite (droite)

  • Etalement d’un jet d’eau salée au fond d’un bassin d’eau douce. Les équations de continuité et de la quantité de mouvement sont formulées en négligeant la force de tension d’interface entre les deux liquides miscibles. Les équations de Navier-Stokes moyennées et celle de l’advection-diffusion de la fraction volumique de l’eau salée sont utilisées pour calculer la fraction volumique, la vitesse moyenne ū et la pression p.

Jet horizontal miscible de flottabilité positive près de la paroi rigide au fond du bassin pour Re0=2778 et Fr0=12,8 ; obtenu expérimentalement à gauche : Intensité lumineuse de réflexion du mélange colorée à l’aide de la rhodamine B et numériquement à droite : fraction volumique du mélange.

  • Analyse de bifurcation par la Méthode Asymptotique Numérique (MAN) des écoulements fluides. La recherche des bifurcations dans les écoulements fluides est d’un intérêt fondamental car celles-ci caractérisent une modification « profonde » de l’écoulement. Des algorithmes spécifiques (technique de branchement, de réduction de modèle, d'homotopie) sont associés à la MAN afin de réaliser numériquement les analyses de bifurcation et prédire très précisément les instabilités, tant pour des cas-tests académiques que pour des modèles à grands nombres de degrés de liberté.

Ecoulement fluide dans une veine avec expansion soudaine – solution post-bifurcation pour une vitesse d'écoulement égale à un nombre de Reynolds Re=108 – paramètres géométriques : rapport d'expansion verticale E=5 et rapport d'expansion latérale A=3

  • Structures minces en contact avec un fluide (vibro-acoustique). Dans ce cadre, on s’intéresse à la réponse vibratoire (libre ou forcée) d'une cavité contenant un fluide et dont les parois sont constituées d'un matériau viscoélastique. Le couplage entre un fluide et les propriétés viscoélastiques du matériau conduisent à manipuler des matrices non symétriques et à gérer une non linéarité de comportement ; les techniques de résolution sont fondées sur la MAN.

Mode propre de vibration d'une cavité élastique (acier – à droite) contenant un fluide acoustique (air – à gauche)