Intéraction Fluide – Structure Souple

Mathieu DurandAlban Leroyer

Frédéric HauvilleYann Roux

Michel Visonneau

PLAN

• les codes fluides et structure• le cas test• Déformation de maillage• Transfert d’effort• Couplage• Résultats

LMF EMN : ISIS CFD

Problématique IFSThèse Alban Leroyer Thèse Guillaume de Nayer

Contexte généralSimulations d’écoulements fluides incompressibles isothermes à hauts nombres de Reynolds autour de géométrie complexe

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

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12 14

Temps [s]

An

gle

de

ro

tati

on

[d

eg

]

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Vit

es

se

ro

tati

on

[d

eg

/s]

Rotation imposé numériquement

Axis 0: Measured position (°)

Axis 0: Measured velocity (°/s)

Les difficultés IFS

Poids des lattes : 0,047kg

Poids du tissu : 0,052kg

Masse ajoutée : 0,520kg

Masse ajoutée surfacique

kg/m²

- 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

DOMAINE

extrusion

paramétrisation

Surface ISIS

Volume ISIS

déformation pseudo-structure& mvt bloc

Transfert d’effort

Objectif

Effort consistant : Efforts calculés par ISIS = Efforts transmis à la structure

Transfert d’effort

Torseur élément ISIS

Torseur élément domaine

Déplacement(découpage)

Efforts aux trois points

Déplacement& Équivalence

Torseur ISIS Torseur StructurePression ISIS Pression Structure

Delta Pression structure

Pression fluide recto / verso

versorectostructure

structure

pppS

nFp

.

couplage

• couplage faible• couplage fort• convergence

Couplage faible

Avance en temps fluide

Avance en temps structure

Transfert d’efforts

Remaillage

ttt

Effort Z , mouvement

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Temps de simulation [s]

Fo

rce

s Z

[N

]

-0.01

-0.008

-0.006

-0.004

-0.002

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

Rotation [deg]

Forces Fluides Totales

Rotation de l'axe

Couplage fort

ttt

Avance en temps fluide

Avance en temps structure

Itération structure

Itération fluide

Convergé? non

oui

Transfert d’efforts

Remaillage

Remaillage

Assurer la convergence

- Sous-relaxation- Ajouter des équations Structure dans le fluide- Ajouter des équations Fluides dans la structure

Newmark

nnt

nt

nnt

nt

nnt

nt

uxx

tuxx

tuxx

1

1

21

..

.

1.

0 F

x

FK

x

FC

x

FM

Mt

Ct

KK ..

1.

.*

2

uKF .* objectif

A. prédiction

B. Correction itérative

Convergence si les matrices sont « correctes »

x

FK fluide

~

x

FC fluide

~

x

FM fluide

~

Mt

Ct

KK ..

1.

.*

2

KCt

Mt

~~.

.

~.

.

12

Matrice d’inertie prépondérante

Matrice de masse ajoutée surfacique

Résultats 1

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Temps de simu [s]

Fo

rce

Z [

N]

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Ro

tati

on

[d

eg]

Efforts ZtotalMvt imposé

Résultats 2

Résultats 3

Conclusion

- Comparaison numérique / expérimentale- Insertion d’ équations fluides plus complètes- Modélisation gréement bateau complet- Possibilités de modéliser un drapeau?

- Capacité à modéliser un cas difficile