Interaction fluide-structure souple et legere, application aux voiliers - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Light and flexible Fluid/Structure Interaction, application to sailing boats

Interaction fluide-structure souple et legere, application aux voiliers

Résumé

This thesis, devoted to simulations of sailboat sail, was initiated by K-Epsilon, a company specialized in numerical computations for naval hydrodynamics, IRENav, the French naval academy laboratory and LHEEA from Ecole Centrale Nantes. In this context a finite element program was developed dedicated to computing sail membranes and sailboat structures. The program was coupled with an inviscid fluid solver. A more detailed modeling of the flow and interaction was realized by implementing a coupling with a fluid solver code which solves the Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations, developed by the DSPM team from LHEEA. For the coupling it was necessary to look at the interface over which a transfer of variables between the fluid and structure occurs. Another key consideration was the deformation of the fluid solvers mesh. The part has been revisited and extended to reach the development of a fast, robust, and parallelized method to treat the considered deformations. For good solution convergence and stability properties an iterative, partitioned algorithm that relies on an approximation of the interface’s Jacobian evaluated by the inviscid code and integrated in the structure’s equations was used. Finally, applications employing these methodologies are presented. Comparisons were made with an instrumented sailboat. A second experiment of an oscillating cloth was developed to validate the case of interaction of a fluid with a light and flexible structure. Results were used to validate the RANSE solver coupling. A more realistic calculation was also conducted on an unsteady sailing spinnaker with an automatic trimming algorithm, showing the potential of the present coupling.
Cette th`ese CIFRE qui s’int´eresse `a la simulation des voiles de bateaux, a ´et´e initi´ee par la soci´et´e k-Epsilon, entreprise sp´ecialis´ee dans le calcul num´erique en hydrodynamique navale, l’IRENav, laboratoire de l’Ecole Navale et le LHEEA de l’Ecole Centrale Nantes. Dans ce contexte, un logiciel d´edi´e au calcul structure a ´et´e d´evelopp´e afin de simuler au moyen d’´el´ements finis les membranes des voiles et les structures des voiliers. Ce code a ensuite ´et´e coupl´e `a un solveur fluide parfait, puis `a un code fluide r´esolvant les ´equations de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds d´evelopp´e par l’´equipe DSPM du LHEEA. Pour cela, il a ´et´e n´ecessaire de s’int´eresser `a l’interface, o`u s’op`ere le transfert de variables entre le fluide et la structure. Autre point-cl´e, la partie d´eformation de maillage fluide a aussi ´et´e revisit´ee et ´etendue pour aboutir au d´eveloppement d’une m´ethode rapide, robuste et parall`ele permettant de traiter les d´eformations envisag´ees. Pour obtenir de bonnes propri´et´es de convergence et de stabilit´e, l’algorithme partitionn´e et it´eratif s’appuie de plus sur une approximation du Jacobien de l’interface ´evalu´e par l’approche fluide parfait et int´egr´e au code structure. Enfin, des applications mettant en oeuvre ces m´ethodologies sont pr´esent´ees. Des comparaisons sont effectu´ees avec un voilier instrument´e. Une seconde exp´erience, la voile oscillante, est mise au point pour valider les cas d’interaction fluide-structure souple et l´eg`ere. Les r´esultats ont permis de valider le couplage avec un solveur RANSE. Un calcul plus r´ealiste a aussi ´et´e men´e en instationnaire sur un spinnaker de voilier avec un algorithme de r´eglage.
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Dates et versions

tel-01203748 , version 1 (23-09-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01203748 , version 1

Citer

Mathieu Durand. Interaction fluide-structure souple et legere, application aux voiliers. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01203748⟩
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