Mathieu Durand, Alban Leroyer, Frédéric Hauville

Intéraction Fluide –
Structure Souple
Mathieu Durand
Alban Leroyer
Frédéric Hauville
Yann Roux
Michel Visonneau
PLAN
• les codes fluides et structure
• le cas test
• Déformation de maillage
• Transfert d’effort
• Couplage
• Résultats
LMF EMN : ISIS CFD
Contexte général
Simulations d’écoulements fluides incompressibles
isothermes à hauts nombres de Reynolds autour de
géométrie complexe
Problématique IFS
Thèse Alban Leroyer
Thèse Guillaume de Nayer
k epsilon - ARAVANTI
Code Structure EF
- Membrane (plis)
- Coque
- Poutres
- Câbles
- Glissements
Couplé avec Avanti
(fluide parfait)
IRENAV - Cas test
Objectif:
- Simplicité mise en œuvre
- Facile à numériser
- Forte interaction fluide structure
Cas Test : Manip oscillante IRENAV
Résultats prochainement: forme 3D, efforts globaux
Le modèle structure
25
40
20
30
20
10
10
5
0
-5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
-10
-10
-20
-15
-30
-20
-25
-40
Temps [s]
Vitesse rotation [deg/s]
Angle de rotation [deg]
15
Rotation imposé numériquement
Axis 0: Measured position (°)
Axis 0: Measured velocity (°/s)
Les difficultés IFS
Masse ajoutée
surfacique
kg/m²
Poids des lattes : 0,047kg
Poids du tissu : 0,052kg
Masse ajoutée : 0,520kg
- Déformation importantes
- Masse faible
- Raideur faible voir nulle dans certains cas
haute interaction
Construction du maillage initial
1. Maillage Structure
2. Maillage domaine
3. Maillage fluide surfacique et volumique
Déformation de maillage
Les points ISIS
appartiennent aux
surfaces domaine
STRUCTURE
extrusion
DOMAINE
paramétrisation
Surface ISIS
déformation
pseudo-structure
& mvt bloc
Volume ISIS
Transfert d’effort
Objectif
Effort consistant :
Efforts calculés par ISIS = Efforts transmis à la structure
Transfert d’effort
Torseur élément ISIS
Déplacement
(découpage)
Torseur élément domaine
Déplacement
& Équivalence
Efforts aux trois points
Torseur ISIS  Torseur Structure
Pression ISIS  Pression Structure
Pression fluide recto / verso

F .n
pstructure 
S
pstructure  precto  pverso
Delta Pression structure
couplage
• couplage faible
• couplage fort
• convergence
Couplage faible
Rotation [deg]
Avance en temps fluide
20
0.01
15
0.008
0.006
Transfert d’efforts
Forces Z [N]
10
0.002
0
-5
-10
Avance en temps structure
0.004
5
0
0.05
0.1
0.15
-0.004
Forces Fluides Totales
-15
-20
Effort Z , mouvement
t  t  t
-0.006
-0.008
Rotation de l'axe
Temps de simulation [s]
Remaillage
0
0.2-0.002
-0.01
Couplage fort
Avance en temps structure
Remaillage
Avance en temps fluide
Transfert d’efforts
Itération fluide
Convergé?
oui
t  t  t
non
Remaillage
Itération structure
Assurer la convergence
- Sous-relaxation
- Ajouter des équations Structure dans le fluide
- Ajouter des équations Fluides dans la structure
Newmark
A. prédiction
B. Correction itérative
objectif
F  0
n 1
t
x  x
n
t
1
u .
 .t 2
n
x tn  x tn 1  u n .
xtn  xtn 1  u n

 .t
 F  K *.u
K *  K  
K   F
x

 .t
.C  
1
.M 
 .t 2
C   F
x
M   F
Convergence si les matrices sont « correctes »
x
 
~ F fluide
K 
x
~ F fluide
C 
x
K *  K  

 .t
.C  
1
.M 
2
 .t

 
~ F fluide
M 
x
 
 
1
 ~
~
~
. M 
. C  K
2
 .t
 .t
Matrice d’inertie prépondérante
Matrice de masse ajoutée surfacique
Résultats 1
2.00
25
1.50
20
Force Z [N]
10
0.50
5
0.00
0
-0.50
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20 -5
-10
-1.00
-15
-1.50
-20
-2.00
-25
Temps de simu [s]
Rotation [deg]
15
1.00
Efforts Z
total
Mvt imposé
Résultats 2
Résultats 3
Conclusion
- Capacité à modéliser un cas difficile
- Comparaison numérique / expérimentale
- Insertion d’ équations fluides plus complètes
- Modélisation gréement bateau complet
- Possibilités de modéliser un drapeau?