Interactions fluide-structure

Ce chapitre propose un bref rappel historique sur la construction des modélisations physiques et mathématiques de l’hydrodynamique, en évoquant la construction des différents concepts qui sous-tendent la mécanique des fluides et qui constituent de nos jours socle de connaissances fondamentales des ingénieurs du domaine naval.

Ce chapitre s’intéresse aux modélisations physiques, aux formulations mathématiques et aux méthodes numériques utilisées afin de décrire, simuler et prédire les niveaux vibratoires de structures immergées dans un fluide stagnant. Les modèles présentés permettent de rendre compte des vibrations en « basses fréquences » et de décrire les effets de dissipation visqueuse (dans les structures) et radiative (dans le fluide).

Ce chapitre propose des exemples de méthodes « hybrides », adaptées à la modélisation et la simulation de problèmes vibro-acoustiques dans le domaine des « moyennes fréquences ». L’objectif de ces méthodes est d’obtenir, à moindre de coûts de calcul, des résultats déterministes et locaux, utiles aux ingénieurs afin d’estimer des niveaux de bruits rayonnées par des structures navales.

Ce chapitre expose des techniques avancées pour les calculs vibro-acoustiques, visant à prendre en compte des chargements complexes ainsi que les incertitudes sur les données de conception et les variables d’environnement, et met l’accent sur les méthodes de réduction de modèles paramétriques, lesquelles permettent de diminuer les temps de calcul, et de mener des études de sensibilité, de propagation d’incertitudes et d’optimisation.

Ce chapitre aborde la question de la réduction des temps de calcul en hydrodynamique, en s’intéressant en particulier, d’une part à la Proper Orthogonal Decomposition (POD) et à la Lattice Boltzman Method (LBM). Les principes de ces méthodes sont exposés dans le contexte des écoulements hydrodynamiques et leurs interactions avec le mouvement de structures.

Ce chapitre s’intéresse à la modélisation du comportement dynamique de faisceaux de tubes avec prise en compte des interactions fluide/structure, au moyen d’une méthode d’homogénéisation, permettant de représenter le très grand nombre de tubes présents dans l’échangeur. La méthode permet de réduire la taille du problème couplé et de conduire un calcul, qui ne peut pourrait être opéré avec des modélisations éléments finis « classiques ».

Ce chapitre traite du comportement vibratoire de structure excitées par les fluctuations du champ de pression induit par un écoulement turbulent. L’exposé présente les modélisations fondées sur les modèles empiriques de champs de pression et ainsi que des méthodes de calcul numérique des spectres, offrant de représenter une plus grande variété de situations que celle qui sous-tend les modèles empiriques.

Ce chapitre expose les techniques de co-simulation, visant à tirer parti des fonctionnalités de solveurs en dynamique des structures et des fluides afin de représenter les interactions fluide/structure pour des géométries réelles, comme des profils portants déformables. Les principaux algorithmes de couplage, mis en œuvre avec des outils généralistes, sont discutés et des exemples de validation et d’applications sont également proposés.

Le chapitre propose un panorama global sur des méthodes de calcul de la tenue à la mer de navires, abordant successivement les principes de modélisation des efforts hydrodynamiques (modèles simplifiés – de houle et de chargement – ou calcul d’écoulement par simulation numérique) et de réponse dynamique des structures en particulier à l’aide de l'approche linéaire fréquentielle.

Ce chapitre expose différentes modélisations de la réponse de structures immergées aux effets des explosions sous-marines. De telles approches, permettant de représenter les principaux phénomènes physiques en jeu sur des géométries simples, s’avèrent utiles aux ingénieurs navals afin d’estimer les niveaux de sollicitation dynamique des coques de sous-marins et des équipements qu’ils embarquent, ou de réaliser des études de sensibilité – par exemple en phase de pré-dimensionnement.

Ce chapitre expose quelques modélisations numériques, utilisables par les ingénieurs du secteur naval, développées pour des calculs d’interaction fluide/structure concernant des structures composites soumises à des chargements hydrodynamiques « sévères », comme ceux engendré par des impacts hydrodynamiques (ou slamming) ou des explosions sous-marines (ou « choc hydrodynamique »).