Dissertations / Theses: 'Interaction fluide-structure – Modèles mathématiques'

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Giordano, Jérôme. "Contribution à la modélisation numérique des problèmes d'interactions fluide-fluide et fluide-structure." Aix-Marseille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX11050.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans la modélisation des écoulements hyper-enthalpiques, et vise à terme l'étude des scramjets. Dans ce cadre, l'interaction fluide est déterminante pour modéliser proprement le mélange des gaz menant à la combustion supersonique. De même, la prise en compte des déformations des parois est primordiale si l'on veut déterminer les couplages aéroélastiques et les modifications des configurations de l'écoulement. Ainsi, nous avons confronté notre approche à des expériences sur l'interaction choc-bulle, dans le but de valider notre code fluide CARBUR pour traiter de l'instabilité de Richtmyer-Meshkov. Nous avons ensuite, réalisé un couplage de CARBUR à MARCUS, notre code structure, pour modéliser l'interaction fluide-structure. Ce couplage est valide sur deux cas de référence : un couplage aéroélastique et une expérience que nous avons conçue. Puis une étude d'interaction fluide réactif-structure est proposée au travers de l'amorçage de la tuyère MASCOTE.

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Jendoubi, Aymen. "Interaction fluide-structure par la méthode des domaines fictifs." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27365/27365.pdf.

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Vergnault, Étienne. "Vers une approche multi-échelle pour l’interaction fluide-structure." Cachan, Ecole normale supérieure, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00661195.

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Abstract:

La prédiction du comportement de structures soumises au chargement d'un guide est un enjeu actuel de l'industrie aéronautique. Les matériaux composites, de plus en plus employés, ont des mécanismes de dégradation dont la taille caractéristique est inférieure au dixième de millimètre. Dans le cadre des méthodes multi-échelles développées au laboratoire pour la simulation des structures, nous proposons une méthode de décomposition de domaine mixte pour la simulation d'écoulements incompressibles. Les équations de Navier-Stokes sont écrites dans un formalisme eulérien, et résolues de manière incrémentale. La solution du problème à chaque piquet de temps est obtenue de manière itérative, par la résolution de problèmes posés sur les interfaces et sur les sous-domaines. La non-linéarité liée au terme de convection est traitée au niveau des sous-domaines, et les problèmes sur les interfaces assurent la vérification de l'ensemble des équations du problème initial. Nous introduisons ensuite un problème global posé sur l'ensemble des interfaces. Ce problème macroscopique original basé sur la condition d'incompressibilité de l'écoulement accélère la convergence de la stratégie itérative. Nous abordons enfin le couplage par une méthode de domaine fictif, dont les premiers développements ont permis d'obtenir des résultats prometteurs. Les méthodes proposées sont implantées dans un code éléments finis et illustrées sur des exemples bidimensionnels
Predicting the behaviour of structures subjected to loading by a fluid is a current issue of the aviation industry. Composite materials, whose mass ratio is increasing with each new project, have mechanisms of degradation whose characteristic size is less than a tenth of a millimetre. Inspired from Multiscale methods developed in the laboratory for the simulation of structures, we propose a mixed domain decomposition method for the simulation of incompressible flows. The Navier-Stokes equations are written in Eulerian formalism and solved incrementally. The solution at each time step is obtained iteratively by solving problems on the interfaces and sub domains. The non-linearity associated with the convection term is treated at the sub domain level and problems on the interfaces provide verification of all equations of the original problem. We then introduce a global problem posed on all interfaces. This innovative macroscopic problem based on the condition of incompressibility of the flow accelerates the convergence of the iterative strategy. We address finally the coupling with a method of fictitious domain, whose early development has yielded promising results. The proposed methods are implemented in a finite element code and illustrated on two-dimensional examples

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Jendoubi, Aymen. "Méthodes d'éléments finis pour les interactions fluide-structure." Doctoral thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26832.

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Abstract:

Cette thèse concerne la modélisation des interactions fluide-structure et les méthodes numériques qui s’y rattachent. De ce fait, la thèse est divisée en deux parties. La première partie concerne l’étude des interactions fluide-structure par la méthode des domaines fictifs. Dans cette contribution, le fluide est incompressible et laminaire et la structure est considérée rigide, qu’elle soit immobile ou en mouvement. Les outils que nous avons développés comportent la mise en oeuvre d’un algorithme fiable de résolution qui intégrera les deux domaines (fluide et solide) dans une formulation mixte. L’algorithme est basé sur des techniques de raffinement local adaptatif des maillages utilisés permettant de mieux séparer les éléments du milieu fluide de ceux du solide que ce soit en 2D ou en 3D. La seconde partie est l’étude des interactions mécaniques entre une structure flexible et un fluide incompressible. Dans cette contribution, nous proposons et analysons des méthodes numériques partitionnées pour la simulation de phénomènes d’interaction fluide-structure (IFS). Nous avons adopté à cet effet, la méthode dite «arbitrary Lagrangian-Eulerian» (ALE). La résolution fluide est effectuée itérativement à l’aide d’un schéma de type projection et la structure est modélisée par des modèles hyper élastiques en grandes déformations. Nous avons développé de nouvelles méthodes de mouvement de maillages pour aboutir à de grandes déformations de la structure. Enfin, une stratégie de complexification du problème d’IFS a été définie. La modélisation de la turbulence et des écoulements à surfaces libres ont été introduites et couplées à la résolution des équations de Navier-Stokes. Différentes simulations numériques sont présentées pour illustrer l’efficacité et la robustesse de l’algorithme. Les résultats numériques présentés attestent de la validité et l’efficacité des méthodes numériques développées.
This thesis is concerned with the modeling of fluid-structure interactions (FSI) and the corresponding specific numerical methods. The thesis is divided into two principal parts. The first part concerns the study of fluid-structure interactions using the fictitious domain method. In this contribution, the fluid is incompressible and laminar and the structure is considered rigid, whether stationary or moving. The tools we have developed include the implementation of a reliable resolution algorithm that incorporates both domains (fluid and solid) in a common mixed formulation. The algorithm is based on adaptive local mesh refinement techniques used to distinguish the elements in the fluid from those of the solid either in 2D or 3D. The second part is the study of the mechanical interactions between a flexible structure and an incompressible fluid. In this context, we propose and analyze partitioned numerical methods for simulating fluid-structure interaction phenomena (FSI). We adopt an "arbitrary Lagrangian-Eulerian" (ALE) formulation for this purpose. The fluid resolution is performed iteratively by means of a projection scheme and the structure is modeled by hyperelastic models in large deformations. We have introduced new mesh update methods to achieve large deformation of the structure. Finally, a more complex strategy for FSI problem is proposed. The turbulence and two-phase flows modelling are introduced and coupled to the resolution of the Navier-Stokes equations for studying FSI problems. The numerical results presented attest the validity and effiency of the proposed numerical methods developed.

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Chahboune, Belkacem. "Simulation numerique par la methode des elements finis du couplage fluide-structure. Application au ventricule gauche du coeur." Besançon, 1994. http://www.theses.fr/1994BESA2042.

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Abstract:

Le travail presente dans cette these aborde la modelisation mathematique du comportement mecanique du ventricule gauche considere comme un ensemble fluide-structure. Les equations aux derivees partielles qui en decoulent conduisent a un probleme regi par les systemes d'elasticite et de navier-stokes et qui presente une double originalite: a) le couplage a lieu sur l'interface commune aux deux domaines associes a chaque equation aux derivees partielles. B) les domaines dependent a priori du temps et de la solution. L'existence et l'unicite de la solution ont ete etudiees dans un cadre variationnel bidimensionnel. L'algorithme de resolution comporte une discretisation totale par les methodes des elements finis, des directions alternees et un schema de newmark. Les tests numeriques effectues correspondent au probleme bidimensionnel du couplage fluide-structure au niveau du ventricule gauche et peuvent etre generalises a d'autres situations du meme type

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Cazeaux, Paul. "Quelques modèles mathématiques homogénéisés appliqués à la modélisation du parenchyme pulmonaire." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00765331.

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Abstract:

Nous présentons des modèles macroscopiques du comportement mécanique du parenchyme pulmonaire humain obtenus par homogénéisation double--échelle. Dans une première partie consacrée au couplage entre parenchyme et arbre bronchique, nous commençons par proposer un modèle de la déformation du parenchyme. Nous modélisons (i) le parenchyme par un matériau élastique linéaire, (ii) les alvéoles comme des cavités de taille epsilon réparties périodiquement dans le domaine macroscopique et (iii) l'arbre bronchique par un arbre dyadique résistif en supposant la loi de Poiseuille valide pour chaque voie aérienne. Nous obtenons en faisant tendre epsilon vers zéro, par homogénéisation, une description macroscopique du parenchyme comme un matériau viscoélastique, sous certaines conditions sur l'irrigation du domaine par l'arbre que nous étudions ensuite. L'arbre induit une dissipation non--locale en espace. Nous illustrons ces résultats par des résultats numériques. Dans une deuxième partie, nous étudions la propagation d'ondes sonores dans le parenchyme, sans prendre en compte l'arbre bronchique. Nous homogénéisons dans le domaine fréquentiel un premier modèle couplant l'élasticité linéarisée dans le parenchyme avec l'équation acoustique dans l'air. Nous déduisons une loi de comportement macroscopique élastique linéaire en dehors d'un ensemble de résonances. Ensuite, nous homogénéisons un deuxième modèle qui prend en compte le caractère viscoélastique et inhomogène du parenchyme au niveau microscopique. Le matériau macroscopique présente des effets de mémoire nouveaux par rapport aux composants microscopiques que nous étudions numériquement.

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Coquerelle, Mathieu. "Calcul d’interaction fluide-structure par méthode de vortex et application en synthèse d’images." Grenoble INPG, 2008. http://www.theses.fr/2008INPG0185.

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Abstract:

La simulation de fluides est un problème classique en analyse numérique et en calcul scientifique. Elle prend aujourd'hui une place importante dans le domaine de la synthèse d'images. Ces domaines d'application sont demandeurs de techniques fiables et rapides. Mes travaux concernent le développement de méthodes hybrides Lagrangiennes-Euleriennes en formulation tourbillon, possédant de bonnes propriétés de précision et de rapidité de calcul. Elles sont suffisamment flexibles pour permettre le calcul d'écoulements multi-phasiques et d'interactions fluide-structure. Les interfaces entre les différents milieux sont capturées par une fonction level set. Je propose une nouvelle méthode permettant d'intégrer aisément les interactions avec des solides rigides - par une technique de pénalisation - ainsi que le traitement des collisions. Les résultats obtenus sont validés sur des cas tests, et je propose des exemples d'animations réalistes pour la synthèse d'images
Fluid simulation is a classical problem in numerical analysis and scientific computing. Nowadays it holds a significant place in the computer graphics domain. Those kind of applications are eager of efficient and reliable techniques. My works focus on the development of Lagrangian-Eulerian hybrid methods in a vortex formulation which give good precision and know efficient computation algorithms. Those methods are flexible enough to allow to compute multi-phasic flows as well as fluid-structure interactions. Interfaces between various phases (fluids or solids) are captured by a level set function. I propose a novel method that offers to easily integrate interactions with rigid solids - thanks to a penalization technique - and deal with collisions. The numerical results computed are compared to test cases from the literature and I offer examples of realistic 3D animations for computer graphics

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Sigrist, Jean-François. "Modélisation et simulation numérique d'un problème couplé fluide/structure non linéaire : application au dimensionnement de structures nucléaires de propulsion navale." Nantes, 2004. http://www.theses.fr/2004NANT2088.

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Abstract:

Nous nous intéressons dans cette thèse à la modélisation et la simulation numérique d'un problème couplé fluide/structure non linéaire avec surface libre fluide. Nous définissons un cas générique d'étude pour lequel nous formulons un problème linéaire (problème aux valeurs propres du système couplé) et un problème non linéaire (problème d'évolution du système couplé, initialement au repos et soumis à une excitation dynamique). Le problème non linéaire est formulé en pression/déplacement avec les équations de la dynamique linéaire pour la structure et l'équation de Laplace pour le fluide. La résolution du problème aux valeurs propres est conduite avec une méthode de couplage fort éléments finis (structure) et éléments finis/équation intégrale (fluide). Les formulations du problème modal couplé sont écrites dans avec prise en compte ou non des modes de ballottement du fluide. Le problème aux valeurs propres ainsi obtenu est non symétrique : il est résolu avec l'algorithme de Lanczos non symétrique. Le problème non linéaire est formulé en pression-vitesse/déplacement avec les équations de la dynamique non linéaire pour la structure et les équations de Stokes pour le fluide. La résolution du problème d'évolution utilise une méthode de couplage faible. Le problème fluide est résolu avec une technique volumes finis, avec une représentation en maillage mobile, un algorithme temporel découplé en pression/vitesse et une méthode de capture d'interface pour la simulation de la surface libre. Le problème structure est résolu avec une technique éléments finis, un algorithme temporel mixte implicite/explicite. Le couplage des deux problèmes est détaillé pour les aspects de couplage en espace (gestion d'incompatibilité de maillage, projection des efforts et des déplacements, algorithme de remaillage du problème fluide) et en temps (approche explicite, gestion des oscillations numériques). Un travail de validation du code de calcul CFD utilisé pour l'étude est proposé en comparant les résultats de calcul pour deux problèmes fluides élémentaires avec les solutions analytiques correspondantes. Ce travail conduit à la définition d'un benchmark général de validation d'un code de calcul CFD. Une étude numérique est ensuite conduite et permet de mettre en évidence la physique des interactions fluide/structure sur ce cas d'étude (masse ajoutée, masse déplacée, couplage de modes, effets des non linéarités structure). Une application des techniques de calcul éléments finis/éléments finis à l'analyse modale de l'ensemble panier/cuve d'un réacteur nucléaire de propulsion navale permet de montrer l'importance des interactions fluide/structure dans le cas industriel.

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Fournier, Christophe. "Calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence d'un film de refroidissement." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://www.theses.fr/1995ECDL0003.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est le développement d'un modèle de calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence de film de refroidissement. Le refroidissement des étages haute pression des turbines aéronautiques est assuré par des injections discrètes de fluide froid à la paroi des éléments les constituant. La puissance actuelle des calculateurs ne permet pas un calcul complet de tels écoulements. Nous avons développé un modèle de calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence d'une ou plusieurs rangées de jets discrets. La périodicité de l'écoulement est utilisée pour réaliser un couplage entre un calcul de l'écoulement moyen transversal et un moèle de calcul de jets. Les équations tridimensionnelles sont integrées spatialement sur la distance séparant deux jets consécutifs. Des équations bidimensionnelles, moyennes en espace, sont obtenues. Elles contiennent des termes sources traduisant la présence des jets. Les termes sources sont determinés à l'aide du modèle de calcul de jets. Réciproquement, l'écoulement transversal, nécessaire à la réalisation du calcul de jets, est déduit du calcul de l'écoulement moyen. Les résultats présentés montrent que le comportement global d'un jet unique est correctement reproduit par le modèle. L'application de la méthode au traitement d'une rangée de jets se développant sur plaque plane permet d'obtenir le champ de vitesse tridimensionnel de l'écoulement. Cependant les limites de la méthode, notamment sur le plan thermique sont clairement mises en évidence. Enfin, l'évolution géometrique des jets disposés en rangée sur l'extrados d'une aube de turbine est correctement reproduite par le calcul
The aim of this thesis is the development of a computational method to simulate the development of viscous flow on a turbine blade with film cooling. Blade cooling is often achieved with tows of discrete jets of cold fluid introduced at the wall. At present, full three-dimensional calculations do not allow the treatment of such complex flows. A method has been developed to compute the blade boundary layer with discrete jets. The flow is assumed to be periodic. The three-dimensional equations are space averaged over the distance between two consecutive jets. The resulting two-dimensional equations contain source terms which take into account the jets. These terms are given by an integral jet calculation. The jet computation is achieved with the space averaged flow as an external transverse flow. The results show that the global jet behaviour is well calculated for a single jet. Results are also presented for a row of jets emerging on a flat palte. Although the predicted velocity field is in a good agreement with measurements, the method is not able to reproduce the correct thermal field. The model also predicts the correct geometrical jets evolution for a row injected on the suction side of a trubine blade

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Mahiou, Benjamin. "Modélisation de la palme de nage : influence de l'interaction fluide structure." Rennes 1, 2011. http://www.theses.fr/2011REN1S171.

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Abstract:

Reconnue comme une discipline sportive à part entière (CIO), la nage avec palmes est une activité en plein essor. La demande qualitative croissante du pratiquant a poussé les constructeurs à développer une grande variété de palmes. La présente thèse a pour sujet la modélisation de la palme de nage au travers d'une étude mécanique complète. En parcourant l'état de l'art du domaine, il est constaté que jusqu'ici, le travail des concepteurs a surtout été empirique. L'objectif de ce travail est d'obtenir des critères quantifiables relatifs aux propriétés mécaniques de la palme dans sa fonction de propulsion. Pour cela, une approche globale a été adoptée, visant à considérer à la fois les matériaux constitutifs de la palme, et son mode de fonctionnement dans un contexte d'interaction fluide-structure. Plusieurs approches de modélisation du problème sont développées, ainsi que des simulations numériques et des développements expérimentaux en milieu réel. Ce travail a permis l'obtention de résultats tant concernant l'outil palme que son comportement in situ. Finalement, cette étude permet de d'aborder des méthodologies ingénieur simples, directement applicables par les concepteurs et fabricants ; et pourra servir de base évolutive aux travaux de recherche futurs
Recognized as a sport in its own (IOC), fin swimming is now a booming business. The increasing practitioners' demand regarding quality has pushed manufacturers to develop a wide range of edges. This thesis is about modeling the swim fin through a complete mechanical study. Considering the previous studies made in this field, it is apparent that the designers' work has been mainly empirical so far. The purpose of this study is to obtain quantifiable criteria related to the mechanical properties of the fin in its propulsion function. In order to do this, a global approach was adopted, by considering both the constituent materials of the fin, and the way it works in a fluid-structure interaction context. Several modeling approaches regarding this problem are developed, as well as numerical simulations and experimental developments in a real environment. This work showed results touching both the fin as tool and its performances in action. Finally, this study helps to define simple engineering methodologies, which can be directly used by designers and manufacturers, and it could serve future researches

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Allouane, Tassadit. "Modelisation par la thermodynamique des processus irréversibles du transfert de matière en pervaporation : cas de mélanges liquides complexes." Aix-Marseille 3, 2001. http://www.theses.fr/2001AIX30039.

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Abstract:

La pervaporation est un procédé en fort développement car il peut répondre efficacement à des besoins de séparation propre et sobre. La modélisation du transfert de matière en pervaporation est très complexe, car des couplages importants entre les perméants qui sont transférés ainsi qu'entre les perméants et la membrane sont susceptibles de se produire. Pour décrire ces phénomènes, nous avons étendu une approche fondée sur la thermodynamique des processus irréversibles qui conduit à une expression linéaire du flux en fonction des forces généralisées faisant apparaître les coefficients phénoménologiques qui traduisent les couplages évoqués précédemment. Cette approche ne nécessite pas la connaissance des mécanismes de transport au sein de la membrane ni de compagne expérimentale longue ou délicate. Nous montrons la validité de cette approche et son applicabilité à différents systèmes binaires, ternaires et complexes dans des domaines de concentrations largement variables. Nous avons pu quantifier les coefficients phénoménologiques qui décrivent les interactions entre perméants et entre les perméants et la membrane. .
Pervaporation is a membrane process which is of great importance since it makes possible efficient separations which are at once clean and moderate in energy consumption. Up to now the modelling of mass transfer involved is very difficult due to coupling effects between permeants and also between the permeants and the membrane material. In order to rationalize these complex phenomena we develop an approach based on the thermodynamics of irreversible processes(TIP). The pervaporation flux for each component is derived which is a linear function of the driving forces. The phenomenological coefficients involved account for the coupling effects mentioned above. There is neither need of precise knowledge of the transfer mechanisms within the membranes, nor of many difficult experiments. The model can be applied to various binary, ternary and even more complex mixtures, over large variations of the compositions. Phenomenological coefficients can be deduced which are actually independent of the fluxes and driving forces. .

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Ould, Abdallahi Mohamed. "Contribution à la mise en place d'une méthode d'intensimétrie à quatre capteurs." Lille 1, 2001. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2001/50376-2001-117.pdf.

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Abstract:

La présente étude porte sur la modélisation d'un élément de conduite rectiligne avec prise en compte du couplage fluide-structure. Ceci conduit a une formulation d'une matrice de transfert adimensionnelle reliant deux vecteurs d'état à deux sections droites de la conduite. Cette formulation matricielle est utilisée pour la mise en oeuvre d'une technique d'intensimétrie à quatre capteurs permettant la détermination du vecteur d'état dans une section droite de la conduite avec une qualité améliorée par rapport aux techniques précédentes. Ces calculs sont fait avec un contrôle sur le conditionnement des matrices utilisées. Deux choix ont étaient fait pour les éléments du vecteur d'état ; l'un avec la pression, la vitesse d'écoulement, le déplacement axial et l'effort normal dans une section droite et l'autre avec la pression, la vitesse d'écoulement, le déplacement axial d'une section droite et les déformations axiales. Le dernier choix permet l'utilisation des mesures non intrusives pour déterminer les éléments du vecteur d'état dans une section droite de la conduite.

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Chemin, Sébastien. "Etude des interactions thermiques fluide-structure par un couplage de codes de calcul." Reims, 2006. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000555.pdf.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous présentons le couplage thermique entre un code Navier-Stokes de type volumes finis avec un code de conduction de type éléments finis. Ce couplage a été réalisé au moyen de la bibliothèque informatique MpCCI. Le couplage entre les deux codes est effectué à l'interface par l'intermédiaire de conditions de raccord ou conditions aux limites thermiques. Ces conditions font intervenir des coefficients de couplage à l'interface et associés au milieu fluide et au milieu solide. Dans le cadre du couplage thermique en régime permanent, l'étude de la stabilité des conditions de raccord permet de définir les coefficients de couplage optimaux en terme de stabilité et de convergence. La méthode de couplage a été validée sur un cas élémentaire et sur des configurations industrielles. La deuxième partie est consacrée à l'étude du couplage en régime transitoire. Un algorithme de couplage original a été mis en oeuvre et répond à un certain nombre de besoins industriels. Cet algorithme consiste à filtrer les hautes fréquences, ce qui revient à considérer le fluide comme stationnaire à chaque instant de couplage. L'algorithme instationnaire a été validé expérimentalement sur le cas d'un écoulement sur une plaque plane
In this thesis, a conjugate heat transfer procedure between a finite-volume Navier-Stokes solver and a finite-element conduction solver is presented. The coupling has been performed through the MpCCI library and thermal boundary conditions, on the coupling surfaces. These conditions define two coupling coefficients connecting both the fluid and the solid domain. The first part describes the fluid-solid thermal steady state coupling. The stability analysis of the boundary conditions highlights the most efficient coefficients in terms of stability and convergence. As a consequence, a steady state algorithm has been implemented. It corresponds to an iterative procedure between the Navier-Stokes solver and the heat conduction solver. Thanks to the MpCCI library, the thermal quantities (heat flux, temperature) are exchanged between each solver until the thermal steady state is reached in both the fluid and the solid domains. This coupling method has been validated on a simple case, namely a flat plate, and two industrial cases, a flow around a turbine blade and an effusion cooling system. The second part of this thesis is dedicated to the fluid-solid thermal transient coupling. An original coupling algorithm applied to industrial problems is described. This algorithm corresponds to an iterative procedure between a steady state fluid description and a transient solid description. The experimental setup consists of an interaction between a steady flowfield and a transient heat conduction in a flat plate

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Elhabre, Bou Obeid Marie Louise. "Modélisation de l'intéraction sismique sol-fluide-parois moulées suivant une approche périodique." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2000. http://www.theses.fr/2000ECAP0651.

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Abstract:

L'interaction sismique du sol avec les parois moulées a été souvent modélisée en utilisant des hypothèses contraignantes tant sur la cinématique du mur que sur les caractéristiques du sol ou la nature du chargement. De plus, l'élancement de la structure de soutènement a rapidement constitue un obstacle aux simulations numériques poussées. Dans ce travail sont proposés des outils de modélisation performants qui permettent de tenir compte de la totalité de la paroi. Une approche par sous-structuration est retenue. Elle est couplée à une méthode d'équations intégrales dont une nouvelle formulation est présentée : elle repose sur des considérations de périodicité à l'aide de solutions élémentaires périodiques que nous détaillons. L'obstacle du à l'élancement de la structure est ainsi dépasse en exploitant la périodicité géométrique de celle-ci : la paroi est désormais considérée comme un réseau unidirectionnel généré par un motif unique sur lequel s'effectue l'étude de l'interaction sismique. Chaque élément du motif est examine séparément en lui attribuant une cinématique adéquate et une modélisation du couplage entre ces éléments est proposée. Cette méthode de sous-structuration dynamique associée à la méthode des équations intégrales périodiques est basée sur une hypothèse de linéarité. Elle fournit des indications utiles sur la tenue sismique de la paroi surtout aux points faibles de celle-ci, en donnant notamment le niveau des déplacements différentiels entre les panneaux qui la constituent.

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Monnier, Antoine. "Calcul par la méthode asymptotique numérique des instabilités en interaction fluide-structure." Thesis, Lorient, 2018. http://www.theses.fr/2018LORIS484/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse est une contribution à l’analyse de bifurcation des écoulements fluides avec prise en compte des interactions fluide-structure. Les phénomènes d’instabilité en interaction fluide-structure apparaissent dans de nombreux domaines de la vie courante ou industriels comme, par exemple : le flottement d’un drapeau dans le vent ou bien l’écoulement au sein d’échangeurs thermiques sur les sites de production d’énergie, l’écoulement autour des câbles sous-marins pour l’extraction de matières premières ou la fixation des plateformes off-shore, l’écoulement autour des structures aéronautiques ou navales. Dans ces situations, un phénomène complexe de vibration des structures induite par vortex peut se produire. L’objectif de la thèse est de proposer un algorithme permettant l’analyse de stabilité de tels systèmes. Ainsi, le couplage original d’une méthode de perturbation d’ordre élevé (Méthode Asymptotique Numérique - MAN) à une discrétisation spatiale permettant la prise en compte des interactions fluide-structure est proposée. À cet effet, une description purement eulérienne du mouvement est retenue. L’interaction fluide- structure est décrite au moyen d’une méthode de frontières immergées (MFI) à forçage continu (méthode de pénalisation) et discret (méthode Ghost-Cell). La présence d’obstacles au sein de l’écoulement est obtenue au moyen de la méthode de Level-Set. En complément, un intégrateur temporel des équations du mouvement associant la MAN, la MFI et une technique d’homotopie est proposé. L’ensemble de ces algorithmes est appliqué à des problèmes d’écoulement incompressible, à faible nombre de Reynolds, d’un fluide visqueux newtonien en présence d’obstacles solides rigides (fixes ou mobiles). L’analyse de stabilité d’un écoulement dans une conduite avec expansion/contraction soudaine (bifurcation stationnaire), et autour d’un cylindre (bifurcation de Hopf) est traitée. L’analyse transitoire d’un écoulement autour d’un cylindre rigide et mobile est également proposée. Les résultats obtenus permettent d’évaluer la précision et la performance des algorithmes proposés. Ainsi, les résultats de cette thèse permettent de conclure sur le bien-fondé de l’approche et constituent une première étape vers l’analyse de stabilité d’écoulements en présence de structures complexes, représentatifs de situations réelles
This thesis is a first contribution to the bifurcation analysis of fluid flows by taking into account fluid-structure interactions. Instability with fluid-structure interactions appears in many areas of everyday life or industry such as, for example: flag floating in the wind, flow within heat exchangers for energy production, flow around submarine cables for the extraction of raw materials or the fixing of off-shore platforms, flow around aeronautical or naval structures. In these situations, complex vortex-induced vibrations of the structures can occur. The aim of the thesis is to propose an algorithm allowing stability analysis of such systems. Thus, an original coupling of a high order perturbation method (Asymptotic Numerical Method - ANM) to a spatial discretization which takes into account fluid-structure interactions is proposed. For this purpose, a purely Eulerian description of the motion is retained. Fluid-structure interaction is described using an immersed boundary method (IBM) with continuous forcing (penalization method) and discrete (Ghost-Cell method) forcing. The presence of bodies within the flow is obtained by means of the Level-Set method. In addition, a time integrator of the governing equations associating ANM, IBM and homotopy technique is proposed. All these algorithms are applied to analyse incompressible flows, at low Reynolds number, of a Newtonian viscous fluid in the presence of rigid solids (fixed or moving). Bifurcation analysis of flows in a channel with sudden expansion / contraction (stationary bifurcation), or around a cylinder (Hopf bifurcation) are carried out. Transient analysis of a flow around a moving rigid cylinder is also proposed. Our results make it possible to evaluate accuracy and performance of the proposed algorithms. Thus, thesis results allow to conclude on the validity of the proposed approach. Finally, this thesis work constitutes a first step towards flow stability analysis in the presence of complex structures, representative of real situations

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Giraldi, Laetitia. "Méthodes mathématiques pour l'analyse de la natation à l'échelle microscopique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00869496.

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Abstract:

Cette thèse de mathématiques appliquées traite de la modélisation des déplacements de nageurs microscopiques. Nous étudions principalement les problèmes de contrôlabilité et d'optimalité associés à la mobilité d'un micro-nageur. Dans une première partie, nous présentons un modèle de nageur simplifié, appelé le"N- link swimmer". Ensuite, nous ́etudions sa contrôlabilité ainsi que l'existence de stratégies lui permettant d'atteindre un point donné le plus vite possible. Dans une deuxième partie, nous analysons les effets de la présence d'un bord sur la mobilité d'un micro-nageur. Nous montrons qu'un nageur qui est contrôlable lorsqu'il évolue dans l'espace non borné, reste "presque partout" localement contrôlable lorsqu'il nage dans un domaine délimité par un mur plat ou rugueux. Au contraire, nous prouvons qu'un nageur qui n'est pas capable d'atteindre toutes les directions lorsqu'il se déplace dans un domaine sans bord peut élargir ses directions accessibles en présence d'un mur (plat ou rugueux). Enfin, la dernière partie de la thèse fournit un cadre à l'étude de problèmes de contrôle optimal associés aux déplacements de nageurs ayant une dynamique sans dérive. Tout d'abord, nous ́etudions les propriétés mathématiques de plusieurs problèmes de contrôle optimal ayant des coûts fonctionnels différents (existence puis comportement). Ensuite, nous considérons les nageurs ayant deux degrés de liberté. Pour ces modèles particuliers de nageurs, nous présentons un cadre permettant d'en déduire des propriétés géométriques locales pour les solutions de certains problèmes de contrôle optimal. Tout au long de ce dernier chapitre, des simulations numériques, réalisées sur un exemple de nageur ayant une dynamique explicite, illustrent les résultats théoriques.

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Taherzadeh, Reza. "Seismic soil-pile group-structure interaction." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2008. http://www.theses.fr/2008ECAP1096.

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Abstract:

Si la prise en compte de l'interaction sol-structure peut être abordée de façon relativement simple dans la plupart des fondations superficielles, il n'en est pas de même pour des groupes de pieux. Les principales difficultés rencontrées sont liées à la complexité et à la taille du modèle numérique nécessaire à l’analyse détaillée. Cette thèse porte sur la modélisation de l’interaction dynamique sol-structure dans le cas particulier des fondations comportant un grand nombre de pieux. Ce travail consiste à faire des modélisations avancées en utilisant un couplage entre le logiciel MISS3D d’éléments de frontière pour des milieux élastiques stratifiés et la toolbox matlab d’éléments finis SDT pour la modélisation des fondations et des structures. Après avoir validé la modélisation à partir de solutions de la littérature, les principaux paramètres gouvernant l’impédance de ces fondations ont été mis en évidence. Les modèles simplifiés de ces impédances ont ensuite été développés dans le cas de pieux flottants ou de pieux encastrés dans un bedrock. Des paramètres de ces modèles simplifiés ont été déterminés par des analyses statistiques fondées sur une base étendue de modèles numériques couvrant une large gamme de situations pratiques. Ces modèles approchés ont été validés sur des cas particuliers, puis différents spectres de réponse modifiés par la prise en compte de l’interaction sol-structure ont été proposés
Despite the significant progress in simple engineering design of surface footing with considering the soil-structure interaction (SSI), there is still a need of the same procedure for the pile group foundation. The main approach to solve this strongly coupled problem is the use of full numerical models, taking into account the soil and the piles with equal rigor. This is however a computationally very demanding approach, in particular for large numbers of piles. The originality of this thesis is using an advanced numerical method with coupling the existing software MISS3D based on boundary element (BE), green's function for the stratified infinite visco-elastic soil and the matlab toolbox SDT based on finite element (FE) method to modeling the foundation and the superstructure. After the validation of this numerical approach with the other numerical results published in the literature, the leading parameters affecting the impedance and the kinematic interaction have been identified. Simple formulations have then been derived for the dynamic stiffness matrices of pile groups foundation subjected to horizontal and rocking dynamic loads for both floating piles in homogeneous half-space and end-bearing piles. These formulations were found using a large data base of impedance matrix computed by numerical FE-BE model. These simple approaches have been validated in a practical case. A modified spectral response is then proposed with considering the soil-structure interaction effect

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Pitilakis, Dimitris. "Soil-structure interaction modeling using equivalent linear soil behavior in the substructure method." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2006. http://www.theses.fr/2006ECAP1067.

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Abstract:

Une procédure numérique, ainsi qu’un code numérique (MISS3D-EqL), est développés pour prendre en compte le comportement nonlinéaire du sol dans l'interaction sol-structure. Le comportement linéaire équivalent est supposé pour le sol, alors que la réponse de la structure et ses effets sur le sol sont correctement pris en considération avec la méthode de sous-structuration dynamique. La procédure proposée est validée par d'autres logiciels numériques et moyens expérimentaux, comme des essais de tables vibrante et centrifugeuse. Les effets du comportement linéaire équivalent du sol sur la réponse du système sol-structure sont clairement démontrés par des analyses de cas représentatives. Une analyse des systèmes typiques de sol-structure est exécutée pour indiquer le ramollissement supplémentaire du système et l’augmentation de la dissipation d'énergie, comparé au cas linéaire. Considération particulière est donnée à l'évaluation des fonctions dynamiques d'impédance de la fondation. Les coefficients dynamiques de la rigidité et de l'amortissement radiatif sont estimés pour des fondations typiques posées sur des profils typiques de sol avec un comportement linéaire équivalent. Les effets du comportement nonlinéaire du sol sont montrés comparés au cas linéaire élastique. Le coefficient dynamique de rigidité se diminue avec l'augmentation de l'amplitude de l'accélération, avec la vitesse décroissante de cisaillement du sol et avec le module décroissant de cisaillement du sol, alors qu'il dépend de la contenue fréquentiel du séisme. Le coefficient de d'amortissement radiatif n’est pas affecté par le comportement nonlinéaire du sol, pour la plupart des applications pratiques
A numerical procedure, coded into a numerical code (MISS3D-EqL), is developed to accommodate for the effects of the nonlinear soil behavior on the soil-structure interaction (SSI) using an equivalent linear approach. Equivalent linear behavior is assumed for the soil, while the response of the structure to the ground shaking and its effects on the soil are properly taken into account using the substructure method. The proposed procedure is validated against other numerical software and experimental means, such as shaking table and centrifuge tests. The effects of the equivalent linear soil behavior on the soil-structure system response are clearly demonstrated by analyses of representative case studies. A recursive analysis of typical soil profiles and infrastructures is performed to reveal the further softening of the system and the increased energy dissipation, compared to the linear case, due to the equivalent linear soil behavior. Special emphasis is given to the estimation of the foundation dynamic impedance functions. Dynamic stiffness and radiation dashpot coefficients are estimated for typical footings resting on typical soil profiles with equivalent linear behavior. The effects of the nonlinear soil behavior on the dynamic coefficient are shown compared to the linear elastic case. The dynamic stiffness coefficient decreases with increasing input acceleration amplitude, with decreasing soil shear wave velocity and with decreasing soil shear modulus, while it depends on the frequency content of the earthquake. The radiation dashpot coefficient is unaffected by the nonlinear soil behavior for most practical applications

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Khatib, Nader El. "Modélisation mathématique de l’athérosclérose." Thesis, Lyon 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LYO10067/document.

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Abstract:

L'athérosclérose est une maladie inflammatoire qui commence quand les lipoprotéines de faible densité (LDL) entrent dans l'intima du vaisseau sanguin où elles sont oxydées (ox-LDL). Le ox-LDL est considéré comme un agent dangereux par le système immunitaire provoquant ainsi une réponse immunitaire. Cette réponse immunitaire déclenche le recrutement des monocytes dans l'intima où elles se transforment en macrophages et ensuite en cellules spumeuses. Ce dernier amplifie la production des cytokines inflammatoires et davantage de recrutement des monocytes. Ce processus auto-amplifié est compensé par la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires (anti-inflammation biochimique) et la migration des cellules musculaires lisses pour former une chape fibreuse qui couvre le noyau lipidique. Cette chape fibreuse avec le noyau lipidique s'appellent la plaque d'athérosclérose. Celle-ci change la géométrie du vaisseau sanguin en le rétrécissant et interagit avec du flux sanguin. Cette interaction peut avoir des conséquences dangereuses liées à la rupture de plaque ou à la formation du caillot de sang. La thèse est consacrée à la modélisation mathématique de ces phénomènes. Elle est composée de deux parties : Nous développons des modèles mathématiques basés sur des équations de réaction diffusion afin de décrire le processus inflammatoire. Le premier modèle est unidimensionnel. Il nous permet d'expliquer comment le développement de l'athérosclérose dépend de la concentration en cholestérol (ox-LDL). Si cette concentration dans l'intima est basse, alors la maladie ne se développera pas. Les concentrations intermédiaires de ox-LDL peuvent mener au développement de la maladie dans certaines conditions. Nous montrons que l'inflammation se propage en front d'ondes de réaction-diffusion. Les concentrations élevées de ox-LDL engendre le développement de la maladie. Même une petite perturbation du cas non inflammatoire mène à une propagation d'ondes qui correspond à l'inflammation. Ensuite nous étudions un modèle bidimensionnel qui représente un système d'équations type réaction-diffusion sur une bande. La deuxième dimension correspond à la section transversale de l'intima et une condition aux limites non-linéaire décrit le recrutement des monocytes. Cette condition aux limites est une fonction des concentrations des cytokines. Nous démontrons l'existence des fronts de propagation d'onde et confirmons les résultats précédents qui montrent que l'athérosclérose se développe en tant qu'onde de réaction-diffusion. Les résultats théoriques des deux modèles sont confirmés par des simulations numériques qui montrent que le cas bidimensionnel converge vers le cas unidimensionnel quand l'épaisseur de l'intima tend vers zéro. Une fois la plaque se forme, elle interagit avec le flux sanguin engendrant de différentes conséquences mécaniques et biochimiques. Nous développons un modèle d'interaction fluide-structure. La plaque d'athérome composée d'un dépôt lipidique couvert par une chape fibreuse, les deux étant modélisés en tant que matériaux hyper-élastiques. Le sang est considéré comme un fluide non-Newtonien avec une viscosité variable modélisée selon la loi de Carreau. Les paramètres utilisés dans nos simulations sont tirés de données expérimentales mentionnées dans la littérature. Nous étudions les effets non-Newtoniens sur les recirculations du sang en aval de la plaque d'athérome et aussi sur les contraintes sur celle-ci. Les simulations montrent que le modèle Newtonien surestime les recirculations de manière significative par rapport au modèle non-Newtonien. Elles montrent aussi que le modèle Newtonien sous-estime légèrement les contraintes sur la plaque pour des taux de cisaillement usuels, mais cette sous-estimation devient importante pour des taux de cisaillement bas
Atherosclerosis is an inflammatory disease which starts when low density lipoproteins (LDL) enter the intima of blood vessel where they are oxidized (ox-LDL). The ox-LDL is considered as a dangerous agent by the immune system provoking an anti-inflammatory response. This immune response triggers the recruitment of monocytes into the intima where they differentiate into macrophages and foam cells. The latter amplifies the production of inflammatory cytokines and further recruitment of monocytes. This auto-amplified process is compensated by the secretion of anti-inflammatory cytokines (biochemical anti-inflammation) and triggers the migration of smooth muscle cells to form a fibrous cap that covers the lipid core. These fibrous caps with the lipid core are called atherosclerosis plaque. It changes the geometry of the blood vessel by narrowing it and interacts with the blood flow. This interaction may have dangerous consequences related to the plaque rupture or to the formation of blood clot. The PhD thesis is devoted to mathematical modelling of these phenomena. It consists of two major parts : We develop mathematical models based on reaction-diffusion equations in order to describe the inflammatory process. The first model is one-dimensional. It allows us to explain how the development of atherosclerosis depends on the cholesterol (ox-LDL) concentration. If its concentration in the intima is low, then the disease will not develop. Intermediate ox-LDL concentrations can lead to the disease development under certain conditions. We show that the inflammation propagates as a reaction-diffusion wave. High ox-LDL concentrations will necessary result in the disease development. Even a small perturbation of the non inflammatory case leads to a travelling wave propagation which corresponds to a chronic inflammatory response. We then study a two-dimensional model which represents a reaction-diffusion system in a strip. The second dimension corresponds to the cross-section of the intima, nonlinear boundary conditions describe the recruitment of monocytes as a function of the cytokines concentration. We prove the existence of travelling waves and confirm our previous results which show that atherosclerosis develops as a reaction-diffusion wave. The theoretical results of the two models are confirmed by numerical simulations that show that the two-dimensional model converge to the one-dimensional one if the thickness of the intima tends to zero. When the plaque is formed, it interacts with blood flow resulting in various mechanical and bio-chemical effects. We develop a fluid-structure interaction model. The atheroma plaque is composed of a lipid pool and a fibrous cap and both are modeled as hyper elastic materials. The blood is supposed to be a non-Newtonian fluid with a variable viscosity modeled by the Carreau law. The parameters used in our simulations are taken from experimental data found in literature. We investigate the non-Newtonian effects on the re circulations downstream of the atheroma plaque and on the stress over the plaque. The simulations show that the Newtonian model significantly overestimates the re circulations in comparison with the non-Newtonian model. They also show that the Newtonian model slightly underestimates the stress over the plaque for usual shear rates, but this underestimation can become significant for low shear rates

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Moreau, Baptiste. "Optimisation du transport de l'oxygène dans la microcirculation artérielle." Paris 7, 2012. http://www.theses.fr/2012PA077067.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse est l'optimisation du transport de l'oxygène dans la microcirculation artérielle à travers la recherche d'une valeur optimale de la concentration en globules rouges. Les vaisseaux constituant cette portion du réseau vasculaire présentent une différence d'échelle de plusieurs ordres de grandeurs. Les phénomènes physiques décrivant la circulation sanguine y sont donc de natures très différentes. Par conséquent nous avons divisé notre étude en deux parties. Dans la première partie nous avons modélisé le réseau des petites artères dont le diamètre varie entre 1,5 mm et 500 μ m. Le modèle utilisé tient compte du comportement non-newtonien du sang. Après avoir montré l'existence de valeurs optimales de la concentration en globules rouges, nous avons étudié par des approches analytiques et numériques leur comportement en fonction des variations des paramètres géométriques du réseau ; puis nous avons discuté des interprétations physiologiques de ces valeurs. Dans la seconde partie nous nous sommes intéressés à la capture de l'oxygène dans des capillaires pulmonaires de 8 μ m de diamètre. Nous avons proposé un modèle numérique par éléments finis de capillaire 2D axisymétrique contenant une succession de globules régulièrement espacés. Pour traiter l'interaction fluide-structure entre les domaines fluides et la membrane déformable des globules nous avons utilisé la méthode « caméra » qui est une adaptation de la méthode ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) standard permettant de suivre le globule dans son déplacement moyen sans avoir à modéllser l'intégralité du capillaire. La modélisation du transport de l'oxygène prend en compte la convection, la diffusion mais également les réactions chimiques entre l'hémoglobine contenue dans les globules rouges et l'oxygène. Nous avons mis en évidence un phénomène « d'écrantage » qui limite la diffusion de l'oxygène et nous avons appliqué ce modèle au cas d'un œdème pulmonaire
This PhD thesis deals with the optimization of oxygen transport in arterial microcirculation by the research of an optimal value of red blood cells concentration. In this part of the vascular network, the vessels diameters range over several orders of magnitude, therefore the physical phenomena describing blood circulation are of different nature. So, we divided our study into two parts. In the first part we model a network of small arteries whose diameters range from 1,5 mm to 500 um. The model takes into account the non-Newtonian behavior of the blood viscosity. First, we show the existence of optimal values for red blood cells concentration. Then we study by analytical and numerical means the behavior of those optimal values according to variations of geometrical parameters of the network. Last, we discuss physiological interpretations of these values. In the second part we study the capture of oxygen in idealized pulmonary capillaries of 8 um diameters containing a succession of regularly spaced cells. To treat the fluid-structure interaction problem between the fluid and the deformable cells membrane, we develop a 2D axisymmetrical numerical method based on finite elements method called the "camera" method, which is an adaptation of the standard ALE method (Arbitrary Lagrangian Eulerian). The camera method enables to follow the red cell without the need to model the whole capillary. The modeling of oxygen transport not only takes into account the convection and diffusion of hemoglobin and oxygen, but also the chemical reactions between both species inside the red blood cells. Thanks to our model, we identified a "screening" phenomenon that limits the capture of oxygen by red blood cells, and we were able to study the effect of pulmonary edema

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Potapov, Sergueï. "Un algorithme ALE de dynamique rapide basé sur une approche mixte éléments finis - volumes finis : Implémentation en langage orienté objet C++." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0534.

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Abstract:

Cette thèse propose un algorithme numérique permettant la résolution efficace d'une large gamme de problèmes de la dynamique rapide impliquant de grandes déformations plastiques des matériaux solides, des écoulements des fluides et des problèmes d'interaction forte fluide-structure. Pour uniformiser le traitement numérique des solides et des fluides, l'algorithme s'appuie sur la formulation ALE (Lagrange Euler arbitraire) du mouvement. Le problème ALE a été décomposé en deux phases : une phase lagrangienne (symétrique) et une phase de convection (non symétrique). Une telle décomposition a permis d'écrire les formulations intégrales appropriées à chaque phase : la formulation éléments finis centrée pour la phase lagrangienne et la formulation volumes finis décentrée pour la phase de convection. Pour convecter correctement des variables nodales et élémentaires, deux types de cellule de contrôle ont été utilisés : les cellules Inria pour convecter la quantité de mouvement et les cellules barycentriques pour convecter les variables élémentaires. Cela permet de résoudre proprement le problème de convection et de garantir des résultats corrects quelle que soit la vitesse de convection. Les solutions numériques présentées touchent à d'autres aspects de résolution du problème de dynamique rapide en formulation ALE : l'intégration temporelle avec un pas de temps adaptatif, la prise en compte des conditions initiales et aux limites, la gestion du maillage mobile, le traitement des ondes de choc. L’algorithme proposé a été mis en œuvre informatique en utilisant le langage oriente objet C++ et implémenté dans le prototype 3D du code de calcul de dynamique rapide DYRAC++. L’algorithme a été testé sur des cas-tests ayant les solutions analytiques ou des résultats de référence. L’analyse des résultats montre que l'algorithme permet de traiter avec la même aisance des problèmes hydrodynamiques avec un fluide compressible et des problèmes de la dynamique des solides avec des matériaux non-linéaires.

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Brousseau, Paul. "Modélisation numérique d'une structure oscillante en tangage et pilonnement, avec prise en compte de l'interaction Fluide-Structure." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMC221.

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Abstract:

Les politiques de lutte contre les émissions de CO2 étant de plus en plus exigeantes et la demande énergétique étant en constante augmentation, les énergies renouvelables sont perçues actuellement comme devant être un apport important dans le mix énergétique mondial. Parmi elles, l'énergie hydrolienne présente l'avantage d'une intermittence parfaitement connue et très prédictible. La recherche de cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet PoHyCA (Pompe Hydrodynamique pour la Compression d'Air) mené par Segula Technologies. Il consiste à la réalisation d'une pompe hydrodynamique innovante pour la compression de l'air dans un réservoir de stockage, l'objectif final étant la production de l'énergie électrique. La pompe PoHyCA capte l'énergie des courants marins à l'aide d'une structure portante oscillante qui se déplace sous l'effet des efforts hydrodynamiques issues de l'écoulement environnant. On s'intéresse dans ces travaux à l'évaluation de la dynamique de la structure portante déformable. Une approche en interaction fluide-structure (IFS), utilisant un schéma de couplage implicite, est mise en place afin de prendre en compte les déformations de la structure, induites des efforts hydrodynamiques. Le modèle développé prend également en compte les grands déplacements angulaires et verticaux de la structure. Il est d'abord appliqué à une plaque oscillante rigide documentée expérimentalement issue de la littérature, et des résultats similaires sont obtenus. Nous montrons que la flexibilité du profil entraine notamment une diminution de l'aptitude à la propulsion. Le modèle est ensuite appliqué à un hydrofoil soumis à un mouvement oscillatoire de pilonnement et de tangage. Nous montrons que dans certaines configurations, les déformations de la pale peuvent améliorer le rendement énergétique
As policies to fight greenhouse gas emissions are more and more demanding and as the global energy demand is constantly increasing, renewable energies are currently seen as an important contribution to the global energy mix. Among them, tidal energy has the advantage of a perfectly known and highly predictable intermittency. The present work is part of the PoHyCA (Hydrodynamic Pump for Air Compression) project led by Segula Technologies, consisting in the realization of an innovative hydrodynamic pump for air compression and storage. The final objective is the production of electrical energy. PoHyCA technology captures the energy of sea currents using an oscillating hydrofoil that moves under the effect of hydrodynamic forces from the surrounding flow. This work focus on the evaluation of the dynamics of the deformable hydrofoil. A fluid-structure interaction (FSI) approach, using an implicit coupling scheme, is implemented to account for the deformations of the structure, induced by hydrodynamic forces. The numerical model also takes into account the large pitching and heaving displacements of the structure. It is first applied to a rigid oscillating plate experimentally documented in the literature, and similar results are obtained. We show that the flexibility of the profile leads in particular to a reduction in propulsion capability. The model is then applied to a hydrofoil subjected to an oscillating heaving and pitching motion. We show that in certain configurations, blade deformations can improve energy efficiency

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Ndanou, Serge. "Etude mathématique et numérique des modèles hyperélastiques et visco-plastiques : applications aux impacts hypervéloces." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4347/document.

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Abstract:

Un modèle mathématique d'interfaces diffuses pour l'interaction de N solides élasto-plastiques a été construit. C'est une extension du modèle développé par Favrie & Gavrilyuk (2012) pour l'interaction d'un fluide et d'un solide. En dépit du grand nombre d'équations présentes dans ce modèle, deux propriétés remarquables ont été démontrées : ce modèle est hyperbolique (quelles que soient les déformations admissibles) et il vérifie le second principe de la thermodynamique. En dépit du grand nombre d'équations présentes dans ce modèle, deux propriétés remarquables ont été démontrées: ce modèle est hyperbolique (quelles que soient les déformations admissibles) et il vérifie le second principe de la thermodynamique. L'énergie interne de chaque solide est prise sous forme séparable: c'est la somme d'une énergie hydrodynamique qui ne dépend que de la densité et de l'entropie, et d'une énergie de cisaillement. L'équation d'état de chaque solide est telle que si nous prenons le module de cisaillement du solide égale à zéro, on retrouve les équations de la mécanique des fluides. Ce modèle permet, en particulier, de:- prédire les déformations de solides élasto-plastiques en petites déformations et en très grandes déformations.- prédire l'interaction d'un nombre arbitraire de solides élasto-plastiqueset de fluides. L'aptitude de ce modèle à résoudre des problèmes complexes a été démontrée. Sans être exhaustif, on peut citer:-le phénomène d'écaillage dans les solides.- La fracturation et la fragmentation dynamique dans les solides
A mathematical model of diffuse interface for the interaction of N elasto-plastic solidS was built. It is an extension of the model developed by Favrie & Gavrilyuk (2012) for a fluid-solid interaction. Despite the large number of equations present in this model, two remarkable properties have been demonstrated: it is hyperbolic for any admissible deformations and satisfies the second principle of thermodynamics. In this model, the internal energy of each solid is taken in separable form: it is the sum of a hydrodynamic energy (which depends only on the density and entropy) and shear energy. The equation of state of each solid is such that if we take the shear modulus of the solid vanishes, we find the equations of fluid mechanics. This model allows, in particular:- predict the deformation of elastic-plastic solids in small and very large deformations.- predict the interaction of an arbitrary number of elasto-plastic solids and fluids.The ability of this model to solve complex problems has been demonstrated. Without being exhaustive, one can mention:- the spall phenomenon in solids.- fracturing and fragmentation in solids

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Baujard, Clément. "Modélisation de l'écoulement de deux fluides non miscibles dans des milieux fractures ; application à l'injection d'eau à grande profondeur et à la recherche d'eau douce en milieu côtier." Paris, ENMP, 2005. http://www.theses.fr/2005ENMP1324.

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Abstract:

Ces travaux ont pour but l’interprétation des mesures obtenues sur le site de recherche pour la production d'éléctricité à grande eéhelle grace à la géothermie (soultz-sous-forêts) lors du developpement du réservoir géothermique et des essais de ciruculation. Le contraste de densité entre l'eau douce et froide injectée et les saumures chaudes presentes a 5 km se traduit par des observations de terrain très complexes qui sont ici abordées en considérant ces deux fluides comme deux phases non miscibles. Le code de simulation d'écoulement en milieu fracture fracas, basé sur une approche réseau discret de fractures ou l'écoulement dans la matrice rocheuse est négligé, a été modifié afin de rendre possible la gestion d'un écoulement multiphasique de fluides aux propriétés différentes, dans le but de mettre en valeur d'éventuels phénomènes dûs a la différence de densité des deux fluides et d’évaluer le volume envahi par le fluide injecté lors des essais
This work is focused on interpretation of data obtained on the hot fractured rock geothermal research site of soultz-sous-forêts, during reservoir development and forced circulation tests. The density contrast between fresh cold injected water and hot salted formation fluid implies complex field observations that could be treated by considering the two fluids as immiscible fluids. It was consequently decided to enhance the numerical code fracas, based on a discrete fracture network approach, in order to allow multiphase flows in fractures. The final purpose of this study is to underline eventual density driven flow and to evaluate the invaded reservoir volume during circulation tests

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Rendu, Quentin. "Modélisation des écoulements transsoniques décollés pour l'étude des interactions fluide-structure." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1328/document.

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Abstract:

Les écoulements transsoniques rencontrés dans le cadre de la propulsion aéronautique et spatiale sont associés à l'apparition d'ondes de choc. En impactant la couche limite se développant sur une paroi, un gradient de pression adverse est généré qui conduit à l'épaississement ou au décollement de la couche limite. Lors de la vibration de la structure, l'onde de choc oscille et interagit avec la couche limite, générant une fluctuation de la pression statique à la paroi. Il s'ensuit alors un échange d'énergie entre le fluide et la structure qui peut être stabilisant ou au contraire conduire à une instabilité aéroélastique (flottement). La modélisation de la réponse instationnaire de l'interaction onde de choc / couche limite pour l'étude des interactions fluide-structure est l'objet de ce travail de recherche. Il s'appuie sur la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées (RANS) et la modélisation de la turbulence. Les méthodes et modèles utilisés ont été validés à partir de résultats expérimentaux issus d'une tuyère transsonique dédiée à l'étude des interactions fluide-structure. Ces travaux sont ensuite appliqués à l'amélioration de la prédiction du flottement en turbomachine. Une méthode linéarisée en temps permettant la résolution des équations RANS dans le domaine fréquentiel est utilisée. Nous confirmons l'importance de la dérivation du modèle de turbulence lors de la prédiction d'une interaction forte entre une onde de choc et une couche limite décollée. Une méthode de régularisation est présentée puis appliquée aux opérateurs non dérivables du modèle de turbulence k-! de Wilcox (2006). La prédiction de la réponse instationnaire de l'interaction onde de choc / couche limite dans une tuyère est évaluée à partir de simulations bidimensionnelles et présente un bon accord avec les données expérimentales. En évaluant l'influence de la fréquence réduite, une instabilité aéroélastique de type flottement transsonique est identifiée. Un dispositif de contrôle, reposant sur la génération d'ondes de pression rétrogrades à l'aval de la tuyère, est proposé puis validé numériquement. Enfin, une méthodologie est proposée pour comprendre les mécanismes aérodynamiques conduisant au flottement. Pour cela, il a été réalisé un dessin provisoire d'une soufflante transsonique à fort taux de dilution. Cette soufflante, l'ECL5, est destinée à l'étude expérimentale des instabilités aérodynamiques et aéroélastiques. La méthodologie proposée repose sur la simulation 2D d'une coupe de tête et met à profit la linéarisation pour analyser la contribution de sources locales en fonction de la fréquence réduite, du diamètre nodal et de la déformée modale
Transonic flows, which are common in aeronautical and spatial propulsion systems, produce shock-waves over solid boundaries. When a shock-wave impacts the boundary layer, an adverse pressure gradient is generated and a thickening or even a separation of the boundary layer is induced. If the solid boundary vibrates, the shock-wave oscillates, interacts with the boundary layer and produce a fluctuation of the static pressure at the wall. This induces an exchange of energy between the fluid and the structure which can be stabilising or lead to an aeroelastic instability (flutter).The main objective of this PhD thesis is the modelling of the unsteady behaviour the simulation of the shock-wave/boundary layer interaction for fluid-structure interaction studies. To this end, simulations have been carried out to solve Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations using two equations turbulence model. The method is validated thanks to experimental data obtained on a transonic nozzle dedicated to aeroelastic studies. This method is then use to increase the predictability of flutter events in turbomachinery.A time linearised frequency-domain method is applied to RANS equations. It is shown that the unsteady behaviour of the turbulent boundary-layer contributes to the fluctuating static pressure when the shock-wave boundary layer interaction is strong. Hence, the frozen turbulence assumption is not valid and the turbulence model must be derivated. Thus, the regularisation of the non derivable operators is proposed and applied on k-? Wilcox (2006) turbulence model.The unsteady behaviour of the shock-wave/boundary-layer interaction in a transonic nozzle is evaluated thanks to 2D numerical simulations and shows good agreement with experimental data. When varying the reduced frequency an aeroelastic instability is found, known as transonic flutter. An active control device generating backward travelling pressure waves is then designed and numerically validated.Finally, a methodology is proposed to understand the aerodynamic onsets of transonic flutter. To this end, a preliminary design of a high bypass ratio transonic fan has been carried out. This fan, named ECL5, is dedicated to experimental aerodynamic and aeroelastic studies. The methodology relies on 2D simulations of a tip blade passage and uses linearisation to analyse the contribution of local sources as a function of reduced frequency, nodal diameter and mode shape

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Pichot, Géraldine. "Modélisation et analyse numérique du couplage filet-écoulement hydrodynamique dans une poche de chalut." Rennes 1, 2007. http://www.theses.fr/2007REN1S092.

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Nous nous intéressons à la simulation numérique du phénomène de capture dans une poche de chalut. Nous présentons les modèles existants pour le filet et les poissons et montrons la nécessité de développer un modèle pour le fluide. Afin de mieux comprendre l’écoulement, nous avons mené des campagnes expérimentales autour d’une maquette de filet rigide axisymétrique dont nous décrivons les résultats. Nous proposons un modèle pour le fluide basé sur les équations de Navier-Stokes/Brinkman moyennées couplées à une équation pour l’énergie cinétique turbulente par le biais d’une viscosité turbulente, et les conditions aux limites appropriées. Nous montrons l’existence d’une solution faible au problème couplé en dimension 2. Puis, nous présentons le code de calcul axisymétrique que nous avons développé, nommé SeaNet. Nous avons alors procédé au calage des paramètres du modèle ainsi qu’à la validation du code par comparaison avec les résultats expérimentaux
E are interested in the numerical simulation of the catch process at the end part of a trawl. The study of previous works emphasizes the lack of a convincing flow model. The need of a physical understanding of the flow leads us to perform experimental campaigns around a rigid cod-end net model, whose results are given in the manuscript. We propose a model based on the Navier-Stokes/Brinkman equations coupled to an equation for the turbulent kinetic energy by the means of an eddy viscosity, with appropriate boundary conditions. Existence of a weak solution to our coupled problem is proved in dimension 2. Then, we present the axisymmetric code we developed, called SeaNet. We set the parameters of the model and validate the code by comparison with the experimental results

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Tine, Léon Matar. "Analyse mathématique et numérique de modèles de coagulation-fragmentation." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10147/document.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse concerne l’analyse mathématique et numérique du comportement asymptotique de certains modèles de type coagulation-fragmentation intervenant en physique ou en biologie.Dans la première partie, on considère le système d’équations de Lifshitz-Slyozov qui modélise l’immersion d’une population de macro-particules en interaction avec un bain de monomères. Ce modèle développe en temps long un comportement dépendant d’une manière très particulière de l’état initial et ses spéciﬁcités techniques en font un véritable challenge pour la simulation numérique.On introduit un nouveau schéma numérique de type volumes ﬁnis basé sur une stratégie anti-dissipative ; ce schéma parvient à capturer les proﬁls asymptotiques attendus par la théorie et dépasse en performances les méthodes utilisées jusqu’alors. L’investigation numérique est poursuivie en prenant en compte dans le modèle des phénomènes de coalescence entremacro-particules à travers l’opérateur de Smoluchowski. La question est de déterminer par l’expérimentation numérique comment ces phénomènes inﬂuencent le comportement asymptotique. On envisage aussi une extension du modèle classique de Lifshitz-Slyozov qui prend en compte des effets spatiaux via la diﬀusion des monomères. On établit l’existence et l’unicité des solutions du système couplé hyperbolique-parabolique correspondant. La seconde partie de ce mémoire aborde des modèles d’agrégation fragmentation issus de la biologie. On s’intéresse en effet à des équations décrivant les phénomènes de croissance et de division pour une population de cellules caractérisée par sa densité de répartition en taille. Le comportement asymptotique de cette densité de répartition est accessible à l’expérience et peut être établi théoriquement. L’enjeu biologique consiste, à partir de données mesurées de la densité cellulaire, à estimer le taux de division cellulaire qui, lui, n’est pas expérimentalement mesurable. Ainsi, retrouver ce taux de division cellulaire fait appel à l’étude d’un problème inverse que nous abordons théoriquement et numériquement par des techniques de régularisations par quasi-reversibilité et par ﬁltrage.La troisième partie de ce travail de thèse est consacrée à des systèmes couplés décrivant des interactions ﬂuide-particules, avec des termes de coagulation–fragmentation, de type Becker–Döring. On étudie les propriétés de stabilité du modèle et on présente des résultats d’asymptotiques correspondant à des régimes de forte friction
This thesis concerns the mathematical and numerical analysis of the asymptotic behavior of some coagulation-fragmentation type models arising in physics or in biology.In the first part we consider the Lifshitz-Slyozov system that models the dumping of a population of macro-particles in interaction with a bath of monomers. This model develops in long time a behavior depending in a very particular way on the initial data abd its technical specificities make a real challenge for the numerical simulation. We introduce a new numerical finite volume type scheme based on an anti-dissipative strategy; this scheme succeeds in capturing the asymptotic profiles waited by the theory and exceeds in performances the methods used before. The numerical investigation ispursued by taking into account in the model the phenomena of coalescence between macro-particles through the Smoluchowski operator. The question is to find by numerical experiment how these phenomena influence the asymptotic behavior. We also consider an extension of the classical Lifshitz-Slyozov model which takes into account the spatial effects via the diffusion of monomers. We establish the existence and the uniqueness of the solutions of the corresponding hyperbolic-parabolic coupled system.The second part of this thesis deals with approaches coagulation-fragmentation models stemming from biology. Indeed, we are interest in equations describing the phenomena of growth and division for a celles population caracterised by its size density repartition. The asymptotic behavior of this size density repartition is accessible to the experiment and can be established in theory. The biological stake consists, from measured data of the cellular density, to estimate the cellular division rate which is not experimentally measurable. So, to find this cellular division rate requires the study of an inverse problem which we approach numerically and theoretically by techniques of regularizations by quasi-reversibility and by filtering.This third part of this thesis work is devoted to coupled systems describing fluid-particles interactions with coagulation-fragmentation terms of Becker-Döring type. We study the stability properties of the model and we present some asymptotic results corresponding to the regime with strong friction force

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Tanimura, Emily. "Structure et dynamique des réseaux sociaux : un essai de modélisation mathématique." Paris, EHESS, 2008. http://www.theses.fr/2008EHES0108.

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Abstract:

Cette thèse étudie la modélisation des réseaux sociaux et analyse la diffusion des innovations à travers ceux-ci. Elle propose des extensions du modèle « Petit Monde» de Watts, basées sur des structures de communautés denses rapprochées par des « liens faibles» qui permettent d'aboutir à des topologies plus réalistes tout en conservant les propriétés principales du modèle original. Ce cadre théorique permet ensuite d'étudier les phénomènes de diffusion dans ces types de « PetIts Mondes» et d'y effectuer des simulations de la transmission d'information. Enfin, un autre modèle de choix binaire, inspiré par une problématique liée aux prescriptions médicales est analysé afin de comprendre comment le réseau social influence les comportements des médecins
This thesis studies the modeling of social interaction networks and analyzes the diffusion of innovations through such networks. It proposes an extension of Watt's Small World networks built upon clusters connected through a few long range links which leads to more realistic topologies while preserving the main features of the original model. This theoretical framework is then applied to the study of diffusion in such small worlds and to the simulation of information transmission. A different model of binary individual choices, inspired by medical treatment prescriptions by physicians is finally analyzed to understand the role of the social network in generating prescription behaviors

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Delbove, Julien. "Contribution aux outils de simulation aéroélastique des aéronefs : prédiction du flottement et déformation statique des voilures." Toulouse, ENSAE, 2005. http://www.theses.fr/2005ESAE0006.

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Abstract:

Ce travail traite des méthodes numériques pour la simulation des interactions fluide/structure. Ll peut être utilisé en réponse aux nouveaux besoins d’outils pour la prédiction du ﬂottement; sur l'ensemble du domaine de vol des constructeurs d’avions de transport. Les simulations couplées nécessitent un solveur aérodynamique efficace, une méthode de déformation de maillage et la connaissance du comportement de la structure aux efforts aérodynamiques. La performance de ces éléments de base dans chacun de ces domaines représente une première étape pour les simulations d'interactions fluide/structure. Une partie de cette étude a consisté à adapter ou à créer les outils pour chacune des fonctionnalités élémentaires. Le solveur aérodynamique elsA a été modiﬁé aﬁn de réaliser des simulations instationnaires précises, robustes et rapides avec la formulation ALE. Un algorithme de déformation de maillage robuste et efficace a été développé. Finalement, dans l'optique de la démonstration des capacités aéroélastiques d’elsA, des modeles de structure simple ont été implémentés. Après une phase de vériﬁcation et de validation sur des cas académiques, la validation industrielle a pu débuter. Les différents outils ont été testés sur des applications industrielles telles que des simulations instationnaires sur conﬁgurations complexes ou des déformations de maillage d’avions complets. Les bonnes performances des différents outils ont permis de réaliser des prédictions de flottement avec la méthode P-K sur des conﬁgurations industrielles. De plus, au cours de ce travail sur les interactions fluide/ structure dynamiques, le programme AWIATOR a donné l'opportunité d’appliquer les méthodes au domaine des simulations fluide/structure statiques. Ce document se termine avec la présentation des simulations réalisées dans ce cadre là.

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Engels, Thomas. "Numerical modeling of fluid-structure interaction in bio-inspired propulsion." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4773/document.

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Abstract:

Les animaux volants et flottants ont développé des façons efficaces de produire l'écoulement de fluide qui génère les forces désirées pour leur locomotion. Cette thèse est placée dans ce contexte interdisciplinaire et utilise des simulations numériques pour étudier ces problèmes d'interaction fluides-structure, et les applique au vol des insectes et à la nage des poissons. Basée sur les travaux existants sur les obstacles mobiles rigides, une méthode numérique a été développée, permettant également la simulation des obstacles déformables et fournissant une polyvalence et précision accrues dans le cas des obstacles rigides. Nous appliquons cette méthode d'abord aux insectes avec des ailes rigides, où le corps et d'autres détails, tels que les pattes et les antennes, peuvent être inclus. Après la présentation de tests de validation détaillée, nous procédons à l'étude d'un modèle de bourdon dans un écoulement turbulent pleinement développé. Nos simulations montrent que les perturbations turbulentes affectent les insectes volants d'une manière différente de celle des avions aux ailes fixées et conçues par l'humain. Dans le cas de ces derniers, des perturbations en amont peuvent déclencher des transitions dans la couche limite, tandis que les premiers ne présentent pas de changements systématiques dans les forces aérodynamiques. Nous concluons que les insectes se trouvent plutôt confrontés à des problèmes de contrôle dans un environnement turbulent qu'à une détérioration de la production de force. Lors de l‘étape suivante, nous concevons un modèle solide, basé sur une équation de barre monodimensionnelle, et nous passons à la simulation des systèmes couplés fluide–structure
Flying and swimming animals have developed efficient ways to produce the fluid flow that generates the desired forces for their locomotion. These bio-inspired problems couple fluid dynamics and solid mechanics with complex geometries and kinematics. The present thesis is placed in this interdisciplinary context and uses numerical simulations to study these fluid--structure interaction problems with applications in insect flight and swimming fish. Based on existing work on rigid moving obstacles, using an efficient Fourier discretization, a numerical method has been developed, which allows the simulation of flexible, deforming obstacles as well, and provides enhanced versatility and accuracy in the case of rigid obstacles. The method relies on the volume penalization method and the fluid discretization is still based on a Fourier discretization. We first apply this method to insects with rigid wings, where the body and other details, such as the legs and antennae, can be included. After presenting detailed validation tests, we proceed to studying a bumblebee model in fully developed turbulent flow. Our simulations show that turbulent perturbations affect flapping insects in a different way than human-designed fixed-wing aircrafts. While in the latter, upstream perturbations can cause transitions in the boundary layer, the former do not present systematical changes in aerodynamic forces. We conclude that insects rather face control problems in a turbulent environment than a deterioration in force production. In the next step, we design a solid model, based on a one--dimensional beam equation, and simulate coupled fluid--solid systems

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Deborde, Julien. "Modélisation et simulation de l’interaction fluide-structure élastique : application à l’atténuation des vagues." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0606/document.

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Abstract:

Une méthode complètement Eulérienne reposant sur un modèle 1-fluide est présentée afinde résoudre les problèmes d’interaction fluide-structure élastique. L’interface entre le fluideet la structure élastique est représentée par une fonction level-set, transportée par le champde vitesse du fluide et résolue par un schéma d’ordre élevé WENO 5. Les déformationsélastiques sont calculées sur la grille eulérienne à l’aide des caractéristiques rétrogrades.Nous utilisons différents modèles d’hyperélasticité, afin de générer puis d’intégrer les forcesélastiques comme terme source des équations de Navier Stokes. Le couplage vitesse/pressionest résolu par une méthode de correction de pression et les équations sont discrétisées parla méthode des volumes finis sur la grille eulérienne. La principale difficulté réside dansles grands déplacements de fluide autour du solide, source d’instabilités numériques. Afind’éviter ces problèmes, nous effectuons périodiquement une redistanciation de la level-setet une extrapolation linéaire des caractéristiques rétrogrades. Dans un premier temps,nous effectuons la vérification et la validation de notre approche à l’aide de plusieurs castests comme celui proposé par Turek. Ensuite, nous appliquons notre méthode à l’étudedu phénomène d’atténuation des vagues par des structures élastiques. Il s’agit d’une desvoies possibles pour réduire l’impact des fortes houles sur notre littoral. De plus dans lalittérature et à notre connaissance, seules des structures élastiques rigides ou élastiquesmais monodimensionnelles ont été utilisées pour réaliser ces études. Nous proposons deplacer des structures élastiques sur les fonds marins et analysons leur capacité d’absorptionde l’énergie produite par les vagues
A fully Eulerian method is developed to solve the problem of fluid-elastic structure interactionsbased on a 1-fluid method. The interface between the fluid and the elastic structureis captured by a level set function, advected by the fluid velocity and solved with a WENO5 scheme. The elastic deformations are computed in an Eulerian framework thanks to thebackward characteristics. We use the Neo Hookean or Mooney Rivlin hyperelastic modelsand the elastic forces are incorporated as a source term in the incompressible Navier-Stokesequations. The velocity/pressure coupling is solved with a pressure-correction methodand the equations are discretized by finite volume schemes on a Cartesian grid. The maindifficulty resides in that large deformations in the fluid cause numerical instabilities. Inorder to avoid these problems, we use a re-initialization process for the level set and linearextrapolation of the backward characteristics. First, we verify and validate our approachon several test cases, including the benchmark of FSI proposed by Turek. Next, we applythis method to study the wave damping phenomenon which is a mean to reduce thewaves impact on the coastline. So far, to our knowledge, only simulations with rigid orone dimensional elastic structure has been studied in the literature. We propose to placeelastic structures on the seabed and we analyse their capacity to absorb the wave energy

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Haddar, Mohamed. "Modélisation numérique d'un système mécanique couplé (fluide-structure) en présence du phénomène de choc : application au support moteur hydroélastique." Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPD412.

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Abstract:

Le traitement des problèmes couplés (structures-fluide) en présence de choc fait partie des problèmes complexes et relativement récents qui nécessiteront encore de nombreuses études de la part des chercheurs avant d'atteindre une solution satisfaisante. La résolution de ces problèmes permettrait de faire progresser aussi bien la recherche que l'industrie essentiellement dans des domaines diversifiés tel que les industries automobile et aéronautiques. Les récents progrès enregistrés dans les moyens informatiques et le calcul numérique (éléments finis, différences finies,. . . ) ont contribué à l'évolution de la modélisation des problèmes couplés et temporels. Dans ce travail de recherche, ce type de problème complexe a été traité de façon approfondie afin de tenter de construire un modèle numérique satisfaisant. Dans un travail préliminaire, nous nous sommes investis dans le développement d'une forme variationnelle totale d'un problème couplé fluide structure. Elle conjugue une formulation variationnelle de la structure avec une formulation variationnelle mixte par équations intégrales du fluide. Ensuite, nous avons développé un modèle de calcul permettant la simulation numérique de la réponse dynamique des structures en tenant compte du fluide et des non-linéarités dûes au choc. Les divers cas tests étudiés ont permis de valider nos différents algorithmes de choc ainsi que le formalisme global du problème couplé. Les résultats numériques des différents exemples simulés ont été confrontés à d'autres solutions analytiques, numériques et expérimentales. Nous avons constaté la bonne tenue de notre modélisation.

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El, Feghali Stéphanie. "Nouvelle formulation monolithique en élément finis stabilisés pour l'interaction fluide-structure." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00743488.

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Abstract:

L'Interaction Fluide-Structure (IFS) décrit une classe très générale de problème physique, ce qui explique la nécessité de développer une méthode numérique capable de simuler le problème FSI. Pour cette raison, un solveur IFS est développé qui peut traiter un écoulement de fluide incompressible en interaction avec des structures différente: élastique ou rigide. Dans cet aspect, le solveur peut couvrir une large gamme d'applications.La méthode proposée est développée dans le cadre d'une formulation monolithique dans un contexte Eulérien. Cette méthode consiste à considérer un seul maillage et résoudre un seul système d'équations avec des propriétés matérielles différentes. La fonction distance permet de définir la position et l'interface de tous les objets à l'intérieur du domaine et de fournir les propriétés physiques pour chaque sous-domaine. L'adaptation de maillage anisotrope basé sur la variation de la fonction distance est ensuite appliquée pour assurer une capture précise des discontinuités à l'interface fluide-solide.La formulation monolithique est assurée par l'ajout d'un tenseur supplémentaire dans les équations de Navier-Stokes. Ce tenseur provient de la présence de la structure dans le fluide. Le système est résolu en utilisant une méthode élément fini et stabilisé suivant la formulation variationnelle multiéchelle. Cette formulation consiste à décomposer les champs de vitesse et pression en grande et petite échelles. La particularité de l'approche proposée réside dans l'enrichissement du tenseur de l'extra contraint.La première application est la simulation IFS avec un corps rigide. Le corps rigide est décrit en imposant une valeur nul du tenseur des déformations, et le mouvement est obtenu par la résolution du mouvement de corps rigide. Nous évaluons le comportement et la précision de la formulation proposée dans la simulation des exemples 2D et 3D. Les résultats sont comparés avec la littérature et montrent que la méthode développée est stable et précise.La seconde application est la simulation IFS avec un corps élastique. Dans ce cas, une équation supplémentaire est ajoutée au système précédent qui permet de résoudre le champ de déplacement. Et la contrainte de rigidité est remplacée par la loi de comportement du corps élastique. La déformation et le mouvement du corps élastique sont réalisés en résolvant l'équation de convection de la Level-Set. Nous illustrons la flexibilité de la formulation proposée par des exemples 2D.

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Augier, Adeline. "Modélisation et simulation numérique de matériaux microstructurés pour l'isolation acoustique des cabines d'avion." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00562015.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous modélisons le passage d'une onde acoustique à travers un matériau poreux supposé périodique (mousse ou laine de verre). L'objectif est d'établir un système d'équations macroscopiques, prenant en compte la microstructure du domaine, sur un matériau homogène équivalent. Nous commençons par définir la modélisation du problème et nous obtenons un système non coercif écrit en fréquence afin de répondre aux problématiques industrielles. Nous établissons ensuite le caractère bien posé du système avant de le faire converger double échelle. Nous obtenons ainsi deux systèmes de cellule : un système de Stokes pour le fluide et un système de type élasticité linéaire pour décrire le déplacement du matériau. Au niveau macroscopique, nous obtenons un système couplé non intuitif. Nous finissons la partie théorique par une comparaison entre le modèle que nous avons obtenu et le modèle de Biot-Allard utilisé par les physiciens et industriels pour traiter ce type de problème. Enfin, nous illustrons le travail précédent grâce à des résultats numériques.

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Chinnayya, Ashwin. "Construction de modèles et de méthodes numériques pour les écoulements multiphasiques à phases compressibles : application à la simulation des ondes de détonation dans les matériaux hautement énergétiques." Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11066.

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Liu, Yujie. "Contribution à la vérification et à la validation d'un modèle diphasique bifluide instationnaire." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00864567.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse contribuent à la vérification et à la validation d'un modèle diphasique instationnaire, le mo- dèle bifluide de Baer-Nunziato, pour modéliser les phénomènes de transitoires hydrauliques tels que les coups de bélier et les marteaux d'eau, qui peuvent apparaître dans les réseaux de tuyauteries industrielles. Il s'agit d'abord de modéliser les écoulements de transitoires hydrauliques avec le modèle bifluide en représentation eulérienne, puis d'étendre ce modèle en formalisme ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) pour prendre en compte l'interaction fluide-structure (IFS). Pour mo- déliser les écoulements, des lois de fermetures du modèle bifluide concernant les termes interfaciaux, les termes sources et les lois thermodynamiques ont d'abord été étudiées. Ensuite, le système complet a été simulé avec une méthode à pas fractionnaires qui admet deux étapes, l'une pour la résolution de la partie convective, l'autre pour la prise en compte des termes sources. Pour la partie convective, le schéma de Rusanov a d'abord été vérifié. Des problèmes de stabilité ayant été observés, un nouveau schéma plus stable à pas fractionnaires a été proposé et vérifié. En ce qui concerne les termes sources, quatre schémas de relaxation non-instantanés qui représentent respectivement le retour à l'équilibre de pression, les transferts de quantité de mouvement, de chaleur et de masse, sont appliqués successivement. Ces schémas ont été étendus aux lois thermodynamiques 'Stiffened Gas généralisées' afin de représenter le changement de phase eau-vapeur. Après avoir retrouvé certains phénomènes typiques associés aux écoulements de transitoires hydrauliques le modèle bi- fluide a été confronté aux résultats de l'expérience de Simpson, qui est un cas classique de coup de bélier et à ceux de l'expérience Canon, dédiée à la décompression rapide d'un fluide à haute pression dans une tuyauterie. Par ailleurs, le modèle bifluide a été comparé avec deux modèles homogènes sur ces deux expériences. Enfin, une version ALE du mo- dèle bifluide a été mise en œuvre et vérifiée sur un cas de propagation d'ondes de pression dans une conduite flexible, en écoulement 'quasi-monophasique', ou diphasique. La variation de la célérité des ondes de pression dans le fluide liée au couplage entre le fluide et la structure a été bien retrouvée. La validation a été effectuée sur une expérience qui étudie la réponse d'une tuyauterie remplie d'eau soumise à un pic de pression violent (140 bar). Les simulations sont en bon accord avec les données expérimentales.

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Ounadjela, Abderrhamane. "Modélisation de transducteurs piézoélectriques par la méthode des éléments finis associée à une formulation variationnelle par équations intégrales." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPD028.

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Luu, Hong Quan. "Caractérisation numérique couplée fluide-aérothermique/structure dédiée à partir de techniques aux frontières immergées." Phd thesis, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00957783.

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Abstract:

La caractérisation des mécanismes de transfert entre un écoulement fluide incompressible et une structure solide constitue l'objectif principal de ce présent mémoire. A partir d'un solveur développé au sein de l'équipe, les travaux se sont plus particulièrement focalisés sur les stratégies de couplage avec un solveur solide, afin de traiter à la fois les échanges énergétiques et les mouvements de la structure. Dans notre approche, le modèle traitant la partie solide est le solveur ASTER et une attention particulière a été portée sur la stratégie de couplage à mettre en place.Dans la partie couplage fluide/structure, des cas de référence ont été réalisés avec une complexité croissante et l'intégration de la problématique des frontières immergées a été étudiée. En effet, alors que la modélisation avec des frontières immergées semble ne pas perturber les traitements côté fluide, les changements d'état de la topologie induit par le mouvement du solide dans le domaine de calcul génèrent des discontinuités dans les forces fluides estimées sur la structure. Ces dernières peuvent être plus ou moins amorties par l'introduction de techniques hybrides dans les traitements aux frontières immergées.Malgré ses quelques limitations, le solveur est capable de traiter de grande déformation assurant un fonctionne robuste et rapide pour la caractérisation des mécanismes fortement couplés. Pour le souligner, une application sur des écoulements anisothermes au sein d'une cavité représentant une cellule frigorifique a été réalisée dans le cadre du projet de recherche OSEO. A notre connaissance, les traitements réalisés ont pour la première fois permis de quantifier l'effet des ouvrants (dans les phases d'ouverture et fermeture des portes de la cellule) sur les écoulements et les échanges thermiques. Une telle modélisation permet alors de proposer des améliorations de la géométrie en cours d'analyse.

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Saberi, Miad. "Développement et implémentation d'un nouveau modèle constitutif d'interface avancé pour l'application dans les problèmes d'interaction sol-structure." Doctoral thesis, Université Laval, 2017. http://hdl.handle.net/20.500.11794/28237.

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Abstract:

Le comportement des interfaces entre les sols granulaires et les matériaux de construction structuraux a un impact important sur la réponse monotonique et cyclique de nombreux systèmes d'interaction sol-structure (SSI) tels que les structures de soutènement, les canalisations enterrées, les fondations superficielles et certains barrages en remblai. L'interface, en tant que milieu de transition, peut présenter différents comportements complexes sous des conditions de chargements variées, y compris la localisation des contraintes et des déformations, le glissement et la séparation, l’écrouissage / écrouissage négatif, la dilatance, la contraction accumulative, la dégradation des contraintes et la rupture des particules. Comprendre la mécanique et la modélisation de ces zones d'interface est une étape importante pour une conception et une analyse sûres et efficaces des problèmes d’interaction sol-structure. Cette thèse de doctorat comporte trois phases majeures: le développement de nouveaux modèles de comportement d'interface avancés ; l’implémentation du modèle de comportement d'interface développé dans un code d'éléments finis d’usage général; et, par conséquent, l'application du modèle de comportement d'interface implémenté à l'analyse numérique de la réponse d’un barrage en enrochement avec masque en béton soumis à des mouvements sismiques du sol. Phase de développement du modèle : Des modèles de comportement d'interface avancés pratiques et efficaces ont été développés dans le cadre de la plasticité à deux surfaces et de la mécanique des sols à l'état critique (CSSM) et ils sont compatibles avec le concept de paramètres d'état. Le développement du modèle utilise une formulation unifiée pour simuler le comportement monotonique et cyclique des interfaces sol granulaire (sableux et graveleux)-structure pour une large gamme de masses volumiques de sol et sous différentes contraintes normales et cheminements de contraintes, en utilisant un seul ensemble de paramètres d'étalonnage. Le modèle considère la rupture des particules sous cisaillement et est capable de simuler le comportement d'interface complexe comme la transformation de phase, l’écrouissage et l’écrouissage négatif, la dégradation des contraintes, la contraction accumulative cyclique, la stabilisation de la contraction cyclique et la dépendance aux cheminements de contraintes. Le modèle d'interface nécessite huit paramètres d'étalonnage pour simuler le comportement de l'interface sol graveleux- structure, neuf paramètres pour simuler le comportement pratique des interfaces sol granulaire (sableux et graveleux)-structure et onze paramètres d'étalonnage pour les interfaces sol granulaire-structure en tenant compte de la rupture des particules. Tous les paramètres du modèle ont une signification physique et peuvent être facilement déterminés en utilisant des essais de cisaillement d'interface standard. Les capacités du modèle ont été validées à l'aide de données expérimentales extraites de la littérature. Phase d’implémentation du modèle : Le modèle de comportement d'interface développé a été implémenté dans un code d'éléments finis (FE) d’usage général (ABAQUS) sous forme d'un élément d'interface solide à couche mince. Le schéma d'intégration numérique utilisé dans la phase d’implémentation a été examiné par la simulation de différents problèmes de valeurs limites, y compris l’essai de cisaillement à un seul élément, l’essai de cisaillement par blocs coulissants et l'essai d'arrachement pour différentes valeurs de pas de temps. Phase d'application du modèle : Dans cette phase, les réponses statiques et sismiques des barrages en enrochement avec masque en béton (CFRD) ont été examinées en considérant l'effet de l'interaction dalle du masque - couche d’amortissement à l'interface. Les effets des différents éléments, tels que l'approche de la modélisation de l'interface, le niveau d'eau dans réservoir et la rugosité de l'interface sur la réponse de la dalle en béton dans les CFRDs ont été évalués sous des conditions statiques et dynamiques. Mots-clés: Interface sol granulaire-structure, géo-structures, modèle de comportement, développement de modèles, implémentation de modèles, simulation numérique, chargement monotonique et cyclique, barrages en enrochement avec masque en béton.
The behavior of interfaces between granular soils and structural construction materials has an important impact on the monotonic and cyclic response of many soil-structure interaction (SSI) systems such as retaining structures, buried pipelines, shallow and deep foundations, and some embankment dams. The interface as a transition medium may experience different complex behavior under different loading conditions, including stress and strain localization, sliding and separation, stress hardening/softening, stress dilatancy, accumulative contraction, stress degradation and particle breakage. Understanding the mechanics and modeling of these interface zones is an important step towards a safe and effective design and analysis of SSI problems. This doctoral thesis has three major phases: the development of new and efficient advanced interface constitutive models; the implementation of the developed interface constitutive model in a general-purpose finite element code; and consequently the application of the implemented interface constitutive model in the numerical response analysis of concrete-faced rockfill dam under earthquake ground motion. Model Development Phase: Practical and efficient advanced interface constitutive models were developed in the framework of two-surface plasticity and critical state soil mechanics (CSSM) and compatible with the concept of state parameters. The model development uses a unified formulation to simulate both monotonic and cyclic behavior of granular (sandy and gravelly) soil-structure interfaces over a wide range of soil densities and under different normal stresses and stress paths, using a single set of calibration parameters. The model considers particle breakage under shear cycles and is capable of simulating the complex interface behavior such as phase transformation, stress hardening and softening, stress degradation, cyclic accumulative contraction, cyclic contraction stabilization and stress path dependency under different loading conditions. The interface model requires eight calibration parameters to simulate gravelly soil-structure interface behavior, nine parameters to simulate the practical behavior of granular (sandy and gravel) soil-structure interfaces, and eleven calibration parameters for granular soil-structure interfaces considering particle breakage. All model parameters have physical meaning and can be readily determined using standard interface shear tests. The model capabilities were validated using experimental data collected from the literature. Model Implementation Phase: The developed interface constitutive model was implemented into a general-purpose finite element (FE) code (ABAQUS) in the form of a solid thin-layer interface element. The numerical integration scheme employed in the implementation phase was examined through simulation of different boundary value problems, including single element shear test, slide block shear test and shaft pullout test under different time step sizes. Model Application Phase: In this phase, the static and seismic responses of concrete-faced rockfill dams (CFRD) were examined considering the effect of the concrete face slab-cushion layer interaction at the interface. The effects of different elements, such as interface modeling approach, reservoir water level and interface roughness, on the response of the concrete face slab in CFRDs were evaluated under both static and dynamic conditions due to earthquake ground motion. Keywords: granular soil-structure interface, geo-structures, constitutive modeling, model development, model implementation, numerical simulation, monotonic and cyclic loading, concrete-faced rockfill dams

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Chan, Frédérik. "Étude et développement d'un modèle aéroélastique d'un petit véhicule de lancement spatial." Master's thesis, Université Laval, 2012. http://hdl.handle.net/20.500.11794/23773.

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Ce mémoire présente le développement d'un modèle de couplage aéroélastique pour un petit véhicule de lancement spatial et ses résultats. Le mémoire est divisé en trois parties. La première présente d'abord les outils théoriques et numériques nécessaires pour développer un code d'interactions fluide-solide. Ces outils sont l'analyse modale, la mécanique des fluides numérique ainsi qu'un code de déformations imposées utilisant le langage UDF d'ANSYS Fluent qui est utilisé pour effectuer les analyses aéroélastiques. La seconde partie traite de l'analyse aéroélastique statique. La méthode est comparée avec d'autres méthodes de la littérature pour un cas de validation sur plaque plane flexible puis appliquée sur le lanceur. Il est montré que les déformations causées par la pression du fluide sur le solide sont petites pour le cas statique et ne posent donc pas de problème. La troisième partie concerne l'analyse aéroélastique dynamique. La méthodologie est présentée avec la théorie associée, puis explicitée pour faire ressortir les subtilités du calcul numérique parallèle. Le solide est traité avec une méthode de sommation modale qui diminue les coûts de calcul en admettant de petites déformations. Le solide est résolu dans le temps avec une méthode de différences centrées au deuxième ordre de manière explicite. Le couplage est assuré par une méthode d'interpolation entre les maillages fluide et solide à l'aide de fonctions de bases radiales. Un cas test de validation avec plaque plane flexible est ensuite détaillé puis comparé à la théorie ainsi qu'à d'autres solveurs d'interactions fluide-solide commerciaux. Les résultats confirment que les déformations du lanceur restent petites pour des perturbations de type rafales de vent. Les coefficients aérodynamiques sont peu affectés. L'amortissement fourni par l'air (aérodynamique) est faible, ce qui fait que les fréquences d'oscillation observées sont similaires aux fréquences naturelles prédites.

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Béard, Philippe. "Modélisation lagrangienne de la dispersion et de l'évaporation de gouttes dans un écoulement turbulent instationnaire." Toulouse, ENSAE, 1994. http://www.theses.fr/1994ESAE0004.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est la modélisation des écoulements turbulents diphasiques rencontrés dans les chambres de combustion. Six méthodes de modélisation lagrangienne de la dispersion de particules sont étudiées (approche déterministe instationnaire et cinq modèles stochastiques). Les résultats des simulations ont été comparés entre eux et à des résultats expérimenatux dans trois configurations de base (turbulence de grille, zone de mélange, marche descendante). Les comparaisons montrent l'importance des structures instationnaires, elles conduisent à la sélection d'un modèle stochastique "à une particule" basé sur un critère temporel et sur un critère spatial. Quatre modèles d'évaporation d'une goutte isolée sont décrits ("Frossling", conduction infinie, conduction limitée, conduction effective), puis comparés dans des conditions représentatives des applications de combustion. L'auto-inflammation d'une goutte de carburant est traitée à l'aide de critères basés sur les caractéristiques locales de l'écoulement. Les interactions goutte-paroi et entre gouttes sont étudiées à partir de la bibliographie. Leur importance est mise en évidence dans trois configurations (zone de mélange, marche descendante, jet monodisperse). Les interactions entre la phase dispersée et l'écoulement porteur sont calculées à l'aide de termes sources introduits dans les équations décrivant la phase continue. L'association de tous les modèles considérés conduit à la mise au point d'un programme modulaire de simulation des principaux phénomènes physiques liés à la combustion d'un carburant liquide. Les résultats obtenus grâce à ce logiciel sont présentés pour deux points de fonctionnement d'un module de pré-mélange pauvre (cas test, conditions réelles). Les comparaisons avec les résultats expérimentaux du cas test montrent le bon fonctionnement du programme.

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Feppon, Florian. "Shape and topology optimization of multiphysics systems." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX080/document.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'optimisation de la topologie et de la forme de systèmesmultiphysiques motivés par des applications de l'industrie aéronautique. Nouscalculons les dérivées de forme de fonctions de coût arbitraires pour un modèlefluide, thermique et mécanique faiblement couplé. Nous développons ensuite unalgorithme de type gradient adapté à la résolution de problèmes d'optimisation deformes sous contraintes qui ne requiert par de réglage de paramètres nonphysiques. Nous introduisons ensuite une méthode variationnelle qui permet decalculer des intégrales le long de rayons sur un maillage par la résolution d'unproblème variationnel qui ne requiert pas la détermination explicite de ces lignessur la discrétisation spatiale. Cette méthode nous a ainsi permis d'imposer unecontrainte de non-mélange de phases pour une application à l'optimisationd'échangeurs de chaleur bi-tubes. Tous ces ingrédients ont été employés pour traiterune variété de cas tests d'optimisation de formes pour des systèmes multi-physiques2-d ou 3-d. Nous avons considéré des problèmes à une seule, deux ou bien troisphysiques couplées en 2-d, et des problèmes de tailles relativement élevées en 3-dpour la mécanique, la conduction thermique, l'optimisation de profils aérodynamiques,et de la forme de systèmes en interaction fluide-structure. Un dernier chapitred'ouverture est consacré à l'étude de modèles homogénéisées d'ordres élevés pour lessystèmes elliptiques perforés. Ces équations d'ordres élevés englobent les troisrégimes homogénéisés classiques associés à divers rapports d'échelles pour la tailledes obstacles. Elles pourraient permettre, dans de futurs travaux, de développer denouvelles méthodes d'optimisation pour les systèmes fluides caractérisés par desmotifs multi-échelles, ainsi que couramment rencontré dans la conception deséchangeurs thermiques industriels
This work is devoted to shape and topology optimization of multiphysics systemsmotivated by aeronautic industrial applications. Shape derivatives of arbitraryobjective functionals are computed for a weakly coupled thermal fluid-structuremodel. A novel gradient flow type algorithm is then developed for solving genericconstrained shape optimization problems without the need for tuning non-physicalmetaparameters. Motivated by the need for enforcing non-mixing constraints in thedesign of liquid-liquid heat exchangers, a variational method is developed in orderto simplify the numerical evaluation of geometric constraints: it allows to computeline integrals on a mesh by solving a variational problem without requiring theexplicit knowledge of these lines on the spatial discretization. All theseingredients allowed us to implement a variety of 2-d and 3-d multiphysics shapeoptimization test cases: from single, double or three physics problems in 2-d, tomoderately large-scale 3-d test cases for structural design, thermal conduction,aerodynamic design and a fluid-structure interacting system. A final opening chapterderives high order homogenized equations for perforated elliptic systems. These highorder equations encompass the three classical regimes of homogenized modelsassociated with different obstacle's size scalings. They could allow, in futureworks, to develop new topology optimization methods for fluid systems characterizedby multi-scale patterns as commonly encountered in industrial heat exchanger designs

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Dufour, Frédéric. "Développements de la méthode des éléments finis avec des points d'intégration Lagrangiens : applications à la géomécanique." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00334013.

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Abstract:

Beaucoup de modélisations numériques dans les domaines de la géophysique, du génie civil et du génie mécanique nécessitent la prise en compte de grandes transformations sur des matériaux avec des comportements allant du fluide visqueux au solide élastique, avec ou sans microstructure granulaire ou stratifiée, en passant par des matériaux bi-phasiques. Une nouvelle méthode numérique, intitulée méthode des éléments finis avec des points d'intégration Lagrangiens (MEFPIL), a été développée pour répondre à ce cahier des charges. Elle est basée sur une grille Eulérienne d'éléments finis dont les points intégrations sont des particules Lagrangiennes qui transportent dans leur mouvement les propriétés matériaux et les variables de temps. Ainsi, les limites vers les grandes transformations sont abolies, tout en transportant l'historique de la matière. Le suivi implicite des interfaces matériaux permet aussi de modéliser les interactions fluide-solide en attribuant des propriétés rhéologiques contrastées aux particules en différents points de l'espace. Ce travail a démontré que des contraintes sur le nombre et le poids numérique des points d'intégration, sont nécessaires pour obtenir de bons résultats dans des cas tests. A cause du traitement des grandes transformations sous forme incrémentale, cette méthode impose une attention particulière lors du développement et de l'implantation de nouvelles lois de comportement. Lors de ce travail, la théorie de Cosserat, la viscoélasticité, des modèles non linéaires et l'anisotropie, éventuellement couplée avec la théorie de Cosserat, ont été implantés pour répondre à des besoins précis lors de la modélisation de phénomènes géophysiques et des procédés de mise en forme de matériaux. La MEFPIL a démontré sa capacité dans la modélisation des écoulements de matériaux divers en grandes transformations et laisse entrevoir un grand potentiel pour de futures applications.

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Diaz, Anna. "Comportement transitoire d'une capsule axisymétrique en suspension." Compiègne, 2001. http://www.theses.fr/2001COMP1324.

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Abstract:

Une capsule est constituée d'une enveloppe déformable entourant un milieu interne (solide, liquide ou gazeux). Ce travail est consacré à l'étude des effets des propriétés intrinsèques d'une capsule (taille, forme, comportement de la membrane, viscosité du milieu interne) sur sa réponse mécanique transitoire à une sollicitation hydro¬dynamique donnée, variable dans le temps. Deux configurations axisymétriques d'écoulements rampants ont été considérées : celle d'une capsule placée dans un écoule-ment élongationnel infini et celle d'une capsule entrant dans un pore cylindrique. Deux modèles numériques, basés sur une formulation aux intégrales de frontière et sur une méthode d'élément de frontière, ont été développés. Ils prennent notamment en compte les effets des viscosités du fluide interne et de la membrane sur le comportement en grandes déformations de la capsule. La réponse d'une capsule placée dans un écoulement élongationnel a été étudiée pour plusieurs conditions d'écoulement. Dans le cas d'un démarrage de l'écoulement, la déformation globale de la capsule suit une loi exponentielle et peut ainsi être caractérisée par une déformation stationnaire et un temps de réponse. Ces deux paramètres varient non-linéairement avec l'élasticité de la membrane, leur obtention nécessite donc un modèle numérique. La loi de comportement élastique de la membrane joue un rôle imponant sur la réponse de la capsule. Les viscosités du fluide interne et de membrane ont un effet linéaire sur le temps de réponse. L'entrée d'une capsule initialement sphérique dans un pore de filtration a été étudiée. La prise en compte d'une rigidité de flexion pour la membrane permet de modéliser le processus sans correction numérique (lissage, correction du volume). On observe que l'effet de la viscosité du fluide interne est faible sauf lorsque une situation de quasi-colmatage du pore est atteinte. Le processus d'entrée est très sensible à la forme initiale et au volume de la capsule.

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Träsch, Martin. "Caractérisation expérimentale et numérique du comportement hydrodynamique d’une hydrolienne à membrane ondulante." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I009/document.

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Abstract:

La thèse présentée dans ce document concerne la caractérisation du comportement d’une hydrolienne à membrane ondulante. Ce dispositif novateur utilise les instabilités de flottement d’une membrane semi-rigide précontrainte dans un écoulement pour capter l’énergie des courants marins. À partir d’une certaine vitesse critique de l’écoulement, une onde se propage le long de la structure, ce qui actionne des convertisseurs linéaires fixés sur celle-ci. Un modèle expérimental à échelle réduite 1/20eme est développé et testé en bassin d’essai. Le système de conversion est simulé par des amortisseurs hydrauliques. Les mesures de trajectoire et d’efforts permettent d’analyser la dynamique de la membrane pour un grand nombre de configurations et d’aboutir à une étude paramétrique. Des conditions réalistes d’écoulement sont étudiées, notamment l’influence de la direction du courant et celle de la houle sur le fonctionnement du système. La caractérisation du sillage est effectuée par mesures de vélocimétrie laser en 2D. Les effets d’échelle sont présentés à travers une comparaison des essais en bassin et en mer. Un modèle analytique et un modèle numérique sont développés et comparés avec les résultats d’expériences. Le modèle analytique linéaire est basé sur la théorie des poutres de Euler-Bernouilli et la théorie des profils minces de Lighthill. Il est résolu dans le domaine fréquentiel et donne de bons résultats en termes de fréquence d’ondulation et de vitesse critique. Le modèle numérique est fondé sur le couplage fort entre un code fluide basé sur la méthode vortex et un code structure utilisant les éléments finis en corotationnel. Ce modèle est validé sur un cas expérimental
The thesis presented in this document deals with the characterization of the behavior of an undulating membrane tidal energy converter. This kind of device uses the flutter instabilities occurring between a semi-rigid pre-strained membrane and a fluid flow in order to convert the sea currents energy. Above a certain critical flow speed, the structure undulates, thus activating the linear converters fixed on it. In order to study this system, an experimental model is developed and tested in a flume tank. The power conversion system is simulated by hydraulic dampers. The membrane’s dynamics is analyzed in many configurations through trajectory and force measurements, and leads to a parametric study. More realistic flow conditions are also studied, such as the impact of current direction influence and the influence of surface waves on the behavior of the system. Wake characterization is carried out with two-dimensional PIV measurements. Scale effects and confinement are also studied through a comparison with a bigger scale prototype tested in tank and at sea.In addition to the experimental study, an analytical model and a numerical model are developed and compared with experiments. The linear analytical model is based on Euler-Bernouilli’s beam theory and on Lighthill’s slender body theory. It is solved in the frequency domain and gives good undulation frequency and critical speed results. The numerical model uses strong interactions between a fluid code using the vortex method and a structure code based on corotationnal finite elements. This model is validated on an experimental case

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Ricciardi, Guillaume. "Une approche milieu poreux pour la modélisation de l'interaction fluide-structure des assemblages combustibles dans un coeur de réacteur à eau pressurisée : simulation et expérimentation." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00337181.

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Abstract:

Le dimensionnement au séisme, du cœur d'un réacteur à eau pressurisée, est une préoccupation majeure de l'industrie du nucléaire.
Nous proposons, dans ce mémoire de thèse, d'établir les équations globales, du comportement du cœur, par une approche milieu poreux. Les équations locales, du fluide et de la structure, sont moyennées sur un volume de contrôle, nous définissons ainsi un fluide équivalent et une structure équivalente, dont les inconnues sont définies sur tout le domaine spatial. Le caractère non linéaire des assemblages combustibles est modélisé par une loi de comportement visco-élastique quadratique. Le couplage fluide-structure est pris en compte par une force volumique dont l'expression est issue de formules empiriques des forces fluides s'exerçant sur un tube soumis à un écoulement axial. Les équations ainsi obtenues sont résolues à l'aide d'une méthode éléments finis.
Une validation du modèle est proposée sur trois séries d'essais. La première présente deux assemblages combustibles soumis à un écoulement axial. L'un des deux assemblages est écarté de sa position d'équilibre et lâché, tandis que l'autre est laissé au repos. La deuxième met en œuvre six assemblages en ligne, immergés dans une eau stagnante, posés sur une table vibrante pouvant simuler un séisme. Enfin, la dernière propose neuf assemblages, disposés en un réseau trois par trois, soumis à un écoulement axial. Le déplacement de l'assemblage central est imposé. Les simulations sont en accord avec les expériences ; le modèle reproduit l'influence de la vitesse d'écoulement du fluide sur la dynamique et le couplage des assemblages.

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Mahmadi, Kamal. "Modélisation des phénomènes d'ondes explosives." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376-2006-Mahmadi.pdf.

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Abstract:

La simulation des problèmes transitoires de grandes déformations telle que la détonation est primordiale pour les calculs mécaniques parce que l'approche expérimentale de ces phénomènes est souvent chère et consommatrice de temps. Dans cette thèse, les outils numériques utilisés pour la modélisation des détonations sont les formulations Eulérienne et Arbitraire Lagrange Euler (ALE) multi-matériaux en utilisant l'hydrocode LS-DYNA. Cependant, pour des problèmes transitoires de grandes pressions, la méthode ALE ne permet pas de maintenir un maillage fin à proximité de l'onde de choc. Une nouvelle méthode de relaxation retardée des mailles introduite dans la méthode ALE multi-matériaux est testée. Cette technique permet de maintenir un comportement aussi Lagrangien que possible à proximité du front de choc. Le paramètre de relaxation doit être défini d'une manière générale pour des applications de grandes pressions. Les résultats numériques sont comparés aux résultats expérimentaux afin de mieux comprendre comment choisir la valeur du paramètre de relaxation. D'autres investigations numériques sur la détonation du cordeau détonant en forme spirale, qui permet d'obtenir une convergence d'ondes de choc, sont réalisées. En utilisant la méthode Eulérienne multi-matériaux, une bonne corrélation entre les résultats numériques et expérimentaux démontre la capacité de cette formulation à résoudre des problèmes de détonation dans l'eau du cordeau détonant sous différentes formes. D'autre part, un phénomène de détonation forte, qui permet de donner à un explosif des pressions plus élevées que la pression de Chapman-Jouguet est modélisé en utilisant un couplage en pénalité.

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Gross, David. "Nage sous marine générée par boucle de rétroaction de courbure avec modélisation de muscles locomoteurs." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019AZUR4053.

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Abstract:

L'autopropulsion basée sur la propagation d'ondes de déformation, comme pour les poissons, pourrait être une alternative intéressante par rapport au déplacement généré par des hélices pour les bateaux et les véhicules sous-marins. La locomotion par ondulations implique une flexibilité de la structure du véhicule, dont il faut prendre en compte pour la dynamique des fluides et donc quantifier la vitesse et le rendement du déplacement. Dans cette thèse, nous avons développé une nouvelle méthode d'interaction fluide-structure (IFS) liant un solveur de dynamique de structure par éléments finis avec un solveur "vortex panel" bidimensionnel pour le couplage avec le fluide et une méthode des particules pour la résolution du sillage. Chaque composante du couplage IFS est d'abord validée indépendamment, puis nous testons le système complet dans le cadre d'une plaque flexible et bidimensionnelle en oscillation. La relation entre les paramètres cinématiques de nage et la vitesse de déplacement est reproduite et l'importance de la traînée pour cette relation est analysée avec détails. Pour modéliser le comportement d'un nageur souple, en autopropulsion, nous distribuons spatialement un moment de flexion, ce qui nous permet de faire des prédictions sur les grandeurs cinématiques de la nage. Par la suite, nous montrons qu'un moment de force rétroactif basée sur la courbure de déformation du nageur, avec un délai temporel, génère une autopropulsion différente de celle observée avec un forçage actif de moment de flexion. Nous proposons un modèle simplifié, capable à décrire le comportement du nageur avec rétroaction, pour comprendre qualitativement les phénomènes en jeux. Finalement, nous dérivons un modèle de muscle, en s'inspirant de la biologie ; et nous évaluons l'importance des différents paramètres du modèle quant à la performance d'autopropulsion. Le manuscrit de thèse se termine par l'analyse d'une plaque mince en trois dimensions, mise en oscillation pour apprécier la pertinence de la méthode tridimensionnelle "vortex panel" pour simuler la nage dans des conditions réelles
Undulatory wave-based self-propulsion like used by fish may be a suitable alternative to traditional propeller-based propulsion for underwater vehicles. The use of undulatory propulsion implies a certain degree of structural flexibility will be present, hence consideration of both fluid and structure is critical to assessing the behavior of this form of propulsion. In this thesis, a novel segregated fluid-structure interaction (FSI) coupling scheme is developed between a finite element structure solver and a 2D unsteady panel method fluid solver with discrete vortex particle wake approach. The different components of the FSI solver are validated first individually and then as a whole using the case of a flexible two-dimensional plate in pure heave. The scaling law relating input swimming variables and the resulting swimming speed is then reproduced and the importance of drag to these relations is elucidated.A self-propelled swimmer whose beam-like structure and rigid body motions are resolved is then examined under the influence of an imposed bending moment distribution. A curvature-based, delayed proprioceptive feedback is then applied to deform the self-propelled swimmer. Feedback based swimming was found to be distinct from active, imposed bending moment swimming. A simplified one degree of freedom model was found to qualitatively describe the feedback swimmer behavior. A swimmer using muscle-like elements is then assessed to determine the relative importance of different muscle properties with the aim of identifying if the non-linear behavior of muscles is beneficial to self-propulsion. Finally, a three-dimensional, thin plate in pure heave is examined with the aim of determining to what extent an 3D panel method can be used in lieu of computationally expensive viscous flow approaches self-propulsion analysis in 3D

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Tissot, Gilles. "Réduction de modèle et contrôle d'écoulements." Thesis, Poitiers, 2014. http://www.theses.fr/2014POIT2284/document.

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Abstract:

Le contrôle d'écoulements turbulents est un enjeu majeur en aérodynamique. Cependant, la présence d'un grand nombre de degrés de libertés et d'une dynamique complexe rend délicat la modélisation dynamique de ces écoulements qui est pourtant nécessaire à la conception d'un contrôle efficace. Au cours de cette thèse, différentes directions ont été suivies afin de développer des modèles réduits dans des configurations réalistes d'écoulements et d'utiliser ces modèles pour le contrôle.Premièrement, la décomposition en modes dynamiques (DMD), et certaines de ses variantes, ont été exploitées en tant que base réduite afin d'extraire au mieux le comportement dynamique de l'écoulement. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l'assimilation de données 4D-Var qui permet de combiner des informations inhomogènes provenant d'un modèle dynamique, d'observations et de connaissances a priori du système. Nous avons ainsi élaboré des modèles réduits POD et DMD d'un écoulement turbulent autour d'un cylindre à partir de données expérimentales PIV. Finalement, nous avons considéré le contrôle d'écoulement dans un contexte d'interaction fluide/structure. Après avoir montré que les mouvements de solides immergés dans le fluide pouvaient être représentés comme une contrainte supplémentaire dans le modèle réduit, nous avons stabilisé un écoulement de sillage de cylindre par oscillation verticale
Control of turbulent flows is still today a challenge in aerodynamics. Indeed, the presence of a high number of active degrees of freedom and of a complex dynamics leads to the need of strong modelling efforts for an efficient control design. During this PhD, various directions have been followed in order to develop reduced-order models of flows in realistic situations and to use it for control. First, dynamic mode decomposition (DMD), and some of its variants, have been exploited as reduced basis for extracting at best the dynamical behaviour of the flow. Thereafter, we were interested in 4D-variational data assimilation which combines inhomogeneous informations coming from a dynamical model, observations and an a priori knowledge of the system. POD and DMD reduced-order models of a turbulent cylinder wake flow have been successfully derived using data assimilation of PIV measurements. Finally, we considered flow control in a fluid-structure interaction context. After showing that the immersed body motion can be represented as an additional constraint in the reduced-order model, we stabilized a cylinder wake flow by vertical oscillations

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Burlon, Sébastien. "Modélisation numérique des mouvements du sol induits par des excavations et des injections de compensation." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2007/50376-2007-213.pdf.

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Abstract:

La maîtrise des mouvements du sol est un problème fondamental de la réalisation de travaux en zone urbaine. Dans le cas d'excavations, ce sont les tassements constatés en arrière de l'écran qui sont les plus problématiques car ils peuvent induire de sévères dommages sur les structures proches : bâtiments, voiries, réseaux divers. L'objectif du travail proposé est d'analyser, sur le plan numérique, les mécanismes permettant de calculer des tassements en arrière d'écrans de soutènement puis d'étudier la possibilité d'utiliser les injections de compensation à la correction de ces tassements. Le premier chapitre comprend une synthèse bibliographique des différentes méthodes permettant d'appréhender les mouvements du sol induits par des excavations. Ces méthodes sont tout d'abord présentées, puis pour un ensemble de critères comme la rigidité de l'écran ou la présence de surcharges, les apports de chacune d'entre elles sont comparés et analysés. Le second chapitre présente une analyse numérique des mouvements induits par une excavation dans le cas d'un écran autostable. L'influence de différents paramètres est étudiée: la géométrie du modèle, l'interface entre le sol et l'écran, le coefficient de pression des terres au repos et la loi de comportement à la fois dans le domaine élastique et plastique. Différents aspects concernant la prise en compte de l'élasticité non linéaire sont développés. Le troisième chapitre traite de la modélisation de la réalisation de l'écran dans le cas d'une paroi moulée et de l'influence de celle-ci sur les mouvements calculés lors de l'excavation. Le processus de réalisation de l'écran est modélisé en deux puis en trois dimensions. Différents calculs sont proposés afm de prendre en compte d'une part la géométrie du soutènement (nombre et longueur des panneaux de la paroi moulée) et d'autre part les conditions initiales définies avant la réalisation de l'écran. Le quatrième chapitre inclut une synthèse bibliographique relative aux injections de compensation. On présente les techniques de mises en œuvre, les phénomènes caractéristiques de l'injection d'un coulis dans un sol et les observations de chantier liées à l'utilisation de cette technologie. Les principes de la modélisation des injections sont aussi abordés en présentant à la fois les développements analytiques et numériques. Le cinquième chapitre est consacré à la modélisation numérique des injections à la fois dans un terrain vierge et aux abords d'une excavation. Les effets de l'expansion d'une cavité en profondeur sur le soulèvement du sol en surface sont analysés en détail à partir d'un modèle bidimensionnel. On met en évidence l'effet de la profondeur de l'injection ainsi que l'influence de l'état initial et de la loi de comportement. Ensuite, on aborde les aspects tridimensionnels et on étudie les effets d'une injection de compensation aux abords de l'excavation étudiée dans le second chapitre.

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Dissertations / Theses on the topic 'Interaction fluide-structure – Modèles mathématiques'

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