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Interaction fluide-structure : Application aux explosions sous-marines en champ proche

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 01-02-2012
auteur(s) Barras Guillaume
jury M. Souli; M. Moatamedi; Y.M. Scolan; M. Arrigoni; N. Couty; C. Espinosa; B. Leble; B. Aruroire; T. Quesnel
école Université de Lille 1
  
résumé En construction navale militaire, les navires sont conçus pour résister à des menaces conventionnelles comme les mines ou les torpilles. Ces conceptions s’appuient notamment sur des calculs aux explosions sous-marines lointaines, qui est un sujet bien maîtrisé aujourd’hui. Depuis la Seconde Guerre Mondiale, la thématique des explosions sous-marines a en effet bénéficié d’importants travaux de recherche. Ceux-ci ont abouti à des méthodes numériques robustes qui permettent de simuler l’essentiel des phénomènes caractérisant ces événements. Ces méthodes, utilisées en ingénierie, s’appuient cependant sur des hypothèses restrictives qui limitent leur champ d’application. Ces restrictions sont discriminantes si l’on souhaite simuler les explosions sous-marines en champ proche, caractérisées par des phénomènes fortement non-linéaires. Parmi ces nonlinéarités géométriques et matérielles on retiendra, d’une part, la formation d’un jet liquide perforant la bulle d’explosion au moment de son collapse. Dirigé vers les structures déjà endommagées par l’onde de choc initiale, ce jet est susceptible de provoquer des dommages supplémentaires importants. D’autre part, la rupture à plus ou moins grande échelle des structures se traduit par l’apparition de discontinuités au niveau de l’interface fluide-structure au cours du temps.
Dans ce cadre, on choisit d’adapter la méthode Euler-Lagrange Multi-Matériaux avec Couplage Euler-lagrange, pour simuler ces problèmes. La discrétisation spatiale du problème est basée sur la Méthode des Élements Finis. Pour faciliter la mise en œuvre de la méthode, les évolutions dont elle fait l’objet dans la thèse s’articulent autour de deux points. (1) La méthode est développée en deux dimensions pour résoudre les problèmes 2D axisymétriques avec une rapidité et une précision accrues par rapport aux simulations 3D. (2) La projection des résultats 2D sur des grilles de calculs différentes 2D ou 3D est implémentée. Ces projections d’une grille à l’autre permettent de résoudre le problème complet par des phases successives dont la physique se situe sur des échelles de temps et d’espace très différentes, et qui nécessitent des maillages adaptés (onde de détonation, onde de choc, interaction du choc avec la structure, dynamique de bulle et collapse contre les structures). Les développements effectués sont intégrés dans le code de calcul LS-DYNA version 5.1.1, et validés pour les différentes phases du problème à partir de formulations théoriques et de résultats expérimentaux. Une méthodologie générale, adaptée aux explosions sous-marines en champ proche, est enfin proposée pour guider les choix de modélisation en ingénierie.
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