Добірка наукової літератури з теми "Simulation par ordinateur – Effets des vagues"

L’anaplasmose, qui continue à être une énigme dans la région des Caraïbes, est responsable de pertes économiques élevées dans la production animale. L’épidémiologie de cette maladie est complexe et la voie efficace et rationnelle à suivre pour son contrôle demeure encore incertaine. On a donc pensé que l’élaboration d’un modèle épidémiologique utilisant des modèles de simulation sur ordinateur serait utile pour une meilleure compréhension de cette maladie. Un modèle de simulation sur ordinateur qui donne les tendances réalistes de la dynamique de la maladie a donc été développé. De plus, ce cadre fournit aux décideurs un outil d’évaluation de différentes alternatives de lutte, pour un planning rationnel et pour l’allocation de fonds. L’élaboration du modèle a été basé sur la mise en œuvre d’une base de connaissances épidémiologiques pour l’anaplasmose ; d’un modèle conceptuel pour les sous-populations de bovins et de tiques ; d’un modèle d’analyse de systèmes pour les sous-populations de bovins et de tiques ; d’un modèle mathématique ; d’un modèle de simulation informatique ; sur l’évaluation du modèle de simulation et l’utilisation de ce dernier pour l’évaluation des alternatives de lutte contre Anaplasma. La base de connaissances a été développée en utilisant la “Epidemiologic Problem Oriented Approach” (EPOA) pour la collecte et la compilation de l’information dans une base condensée de connaissances épidémiologiques sur l’anaplasmose. L’information sur l’anaplasmose a été extraite de manuels sélectionnés de médecine vétérinaire, de revues contemporaines, de documents divers, et de questionnaires remplis par des vétérinaires antillais. L’information épidémiologique a été présentée en diagrammes afin de conceptualiser l’épidémiologie détaillée de la maladie. En même temps, elle montre les parties fondamentales du système anaplasmose pour mieux décrire et analyser la maladie. Des diagrammes d’analyse de systèmes ont également été utilisés pour établir une corrélation entre le niveau pathologique et un niveau particulier qui était décrit et défini par des équations différentielles classiques. Toutes les équations étaient approchées en utilisant la méthode d’intégration de Euler. Ainsi, la dynamique de la maladie a été révélée. Ces diagrammes ont fourni le cadre sur lequel le modèle a été construit. L’évaluation du modèle a montré qu’il est stable. Des tendances biologiquement solides et raisonnables ont été affichées. Ce cadre a ensuite été utilisé pour évaluer les présentations diverses de la maladie et les alternatives différentes pour la lutte. Les manifestations de la maladie observées comprenaient la présentation de populations de bovins et de tiques avec et sans maladie, la dynamique de la maladie quant elle fut introduite par des bovins et des tiques infectés. Les alternatives de lutte testées sont : les effets de niveaux différents de lutte acaricide sur la population de tiques et l’évolution de la maladie ; l’influence de la génétique sur l’incidence de la maladie ; les effets de niveaux différents d’application d’antibiotiques sur la dynamique de la maladie, quant elle fut introduite par des bovins et des tiques infectieux. Le modèle de simulation informatique doit être testé et validé systématiquement pour être sensible aux conditions du terrain.

La thèse vise à étudier les mouvements et les chargements internes d’un modèle de porte-conteneur rigide formé de 9 segments dans des vagues extrêmes. L’étude est principalement expérimentale et est réalisée avec une maquette sans vitesse d’avance dans une houle de face et une houle oblique (-120 degrés). L’étude aboutit à des résultats soulignant l’importance de la prendre en compte les aspects non linéaires des vagues et des réponses structurelles correspondantes.Dans des conditions de mer de face, trois types de vagues sont testés. Des vagues régulières sont utilisées pour s’assurer que le modèle se comporte de manière similaire à la campagne précédente effectuée avec la même maquette. Une approche de type Monte Carlo avec un certain nombre de réalisations de 2 heures 30 de vagues irrégulières est ensuite utilisée pour construire des données de référence. Enfin, des vagues equivalentes de design (EDW) sont générées pour vérifier, en particulier, la faisabilité d’une approche EDW irrégulière appelée First Order Reliability Method (FORM). Un algorithme numérique FORM couplé avec le solveur HOSNWT est développé et validé par rapport aux résultats Monte Carlo. Les caractéristiques géométriques des signaux EDW et VBM ainsi que leurs statistiques sont étudiées. L’étude vise peut-être deux quantités. Le premier est la hauteur de crête de la vague dans un scénario de vague seule, et le second est le VBM du modèle segmenté. L’utilisation du solveur de génération d’onde non linéaire HOS-NWT, permet une validation croisée avec la mesure expérimentale car les vagues générées sont comparables. Dans la condition de vagues obliques, l’étude est limitée aux vagues régulières avec différentes cambrure de vagues afin de fournir des données de référence pour les futures études. L’effet de non-linéarité des vagues sur les moments de flexion horizontaux et verticaux des vagues avec une cambrure variable est démontré
The present thesis aims to study the motions and the internal loads of a 9-segmented rigid containership model in extreme waves. The study is mainly experimental and is carried out on a zero-speed model in a 180-degree head sea and a -120 degree oblique sea. The study leads to results highlighting the importance of the consideration of nonlinear wave descriptions and corresponding nonlinear structural responses.In head sea conditions, three wave approaches are considered. Regular waves are used to ensure that the model behaves similar to the earlier campaign. A Monte Carlo approach with a number of full scale 2h30 irregular wave realizations is used to have reference data. Finally, irregular equivalent design waves (EDW) are studied to check, in particular, the feasibility of one irregular EDW approach called First Order Reliability Method.A numerical algorithm coupling with the HOS-NWT for the FORM EDW is developed and the validation compared to the Monte Carlo results is performed in terms of geometrical characteristics of the EDW and IW signals along with their statistics. The study targets mainly two quantities. The first is the wave crest in a wave-only scenario, and the second is the VBM of the segmented model. The use of the HOSNWT, a nonlinear wave generation solver, enables cross-validation with experimental measurement.In the oblique wave condition, the study is limited to regular waves with various wave steepness with the intent to provide reference data for future benchmark studies. The wave nonlinearity effect on the horizontal and vertical wave bending moments with varying steepness is shown

L’objectif de cette thèse est de développer des solveurs numériques et des méthodologies afin d’améliorer le temps de calcul et la précision des simulations de tenue à la mer et de résistance ajoutée sur houle. Tout d’abord, une synthèse de l’algorithme du solver foamStar développé en interne est effectuée. A partir de cette analyse, une modification est proposée afin de pouvoir utiliser le "Multidimensional Universal Limiterfor Explicit Solution" (MULES) avec un schéma temporel backward d’ordre deux. Ensuite, plusieurs études successives sont réalisées afin de : vérifier l’implémentation du schéma backward ; définir une configuration numérique et des maillages efficaces pour la simulation de houle. Les cas d’étude sont : les tourbillons de Taylor-Green, la houle régulière non linéaire se propageant dans un domaine periodique, et enfin, la houle régulière générée avec des zones de relaxation et des configurations numériques proches de celles utilisées pour des applications navales. Dans la dernière partie de cette thèse, une étude préliminaire est réalisée en simulant un porte-conteneur avec une vitesse d’avance dans des houles régulières de face. Les recommandations définies tout au long de cette thèse sont également évaluées
The objective of the present thesis is to develop solvers and methodologies in order to improve the computational cost andthe accuracy with regard to the thematics of seakeeping and added resistance. First, a synthetic workflow of the algorithmof the in-house solver foamStar is proposed. From this analysis a modification is proposed in order to use the Multidimensional Universal Limiter for Explicit Solution (MULES) with a second-order backward time scheme. Then, successive studies are done in order to: verify the implementation of the backward scheme; define an efficient numerical set-up and adequate mesh structures for numerical wave simulations. The case studies are, Taylor-Green vortices, nonlinear regular wave propagating in a periodic domain, and finally, regular waves generated with relaxation zones considering numerical configurations close to what is used for naval applications. In the last part of this Thesis, a preliminary study is done simulating a containership with forward speed in head regular waves. The recommendations derived all along this thesis are also evaluated

L'étude de la houle multi-directionnelle fait partie des objectifs prioritaires du Laboratoire de Mécanique des Fluides, récemment doté d'un bassin de houle de grandes dimensions. Pour exploiter au mieux ces nouvelles capacités, l'objectif de cette thèse est d'acquérir des compétences concernant autant la génération des vagues directionnelles et l'analyse des mesures que la compréhension fine des phénomènes non linéaires associés à la houle. Pour aider à la compréhension et à la maîtrise des effets non linéaires, deux modèles numériques reproduisant dans le domaine temporel toutes les fonctionnalités du bassin sont développés et validés (générateur de type serpent, murs latéraux, plage absorbante, profondeur finie). Ces modèles sont basés sur une méthode spectrale de résolution des équations potentielles. Le premier modèle est développé au second ordre en série de perturbation ; le second en non linéaire complet (approximation HOS). Les techniques de génération existantes s'appuyant sur la réflexion sur les murs latéraux pour agrandir la zone de mesure utile sont employées dans les bassins numériques et expérimental. Le développement d'une solution analytique fréquentielle de la génération au second ordre permet de corriger le mouvement batteur en supprimant les ondes libres parasites dues aux non-linéarités. Le problème de la reproduction déterministe de séquences de houle est abordé à travers l'étude des paquets de vagues focalisés. En 2D, un modèle partiel au troisième ordre estime les vitesses de phase non linéaires nécessaires à la prédiction correcte du mouvement batteur. En 3D, un modèle linéaire est employé pour traiter de la directionnalité
The study of directional waves belongs to the top priorities of the Laboratoire de Mécanique des Fluides, recently equipped with a large-sized wave basin. To exploit these new capacities as well as possible, the objective of this PhD is to acquire competences relating to as much the generation of the directional waves and the data analysis as the fine comprehension of the nonlinear phenomena involved with waves. To help the comprehension and control of these nonlinear effects, two numerical time domain models are developed and validated, reproducing all the features of the physical basin (segmented wavemaker, sidewalls, absorbing beach, finite depth). Both based on a spectral method of resolution of the potential equations, the first one is developed at second order in wave steepness while the second accounts for the fully nonlinear equations through an High-Order Spectral approximation. Generation techniques using sidewalls reflection to increase the size of the usable zone in case of oblique waves are implemented in both numerical of physical basins. A second order frequency domain analytical solution of the generation problem for oblique waves is developed and leads to the correction of the wavemaker motion to suppress the spurious free waves due to non-linearities on the wavemaker. The problem of the deterministic reproduction of steep events is tackled. In 2D, an original third order technique is proposed to accurately estimate the nonlinear phase velocities required to build the wavemaker motion. In 3D, a linear approach is followed to deal with the directionality of the focusing waves

L'objectif de cette thèse est de développer un simulateur complet de fonctionnement d'une centrale houlomotrice à colonne d'eau oscillante. Cette modélisation s'appuie sur un ensemble de techniques originales, permettant notamment la séparation du problème global en deux sous-problèmes, l'un extérieur l'autre intérieur. Ceux-ci sont résolus séparément, et couplé au final pour la simulation globale. Ce découplage permet la prise en compte des non-linéarités de la surface libre interne alors que le problème extérieur est lui traité de manière linéaire. La simulation globale combine les modèles hydrodynamique, aérodynamique de l'air ainsi que les équations caractéristiques des organes d'extraction et de contrôle. L'approche temporelle, doublée d'une représentation lagrangienne de la déformée de surface libre contribue à quantifier les divers effets non-linéaires. Une première application réelle de cet outil de simulation est présentée dans le cas d'une centrale existante (Pico, Açores) avec une étude de ses performances d'extraction d'énergie pour différents états de mer réalistes.

Pour étudier le comportement de la couche limite engendrée par un écoulement de houle et/ou de courant, on se propose dans une première approche de modéliser des écoulements bidimensionnels verticaux en mettant en œuvre un programme de résolution des équations de la mécanique des fluides qui utilise une formulation a. L. E. (arbitrary lagrangian eulerian), technique particulièrement bien adaptée aux problèmes a surface libre. Une étude numérique intrinsèque de convergence portant sur le code a permis d'une part de fixer les paramètres de discrétisation et, d'autre part, de choisir la technique d'interpolation pour la définition de la surface libre, le schéma convectif et le schéma d'évolution de la surface libre au voisinage d'une paroi. L'étude de la propagation d'une onde solitaire a servi de cas test. Les comparaisons des résultats obtenus avec ceux d'origine expérimentale et analytique d'autres auteurs sont satisfaisantes. A partir de là nous avons traite trois aspects d'un problème important pour la dynamique sédimentaire: la détermination de la couche limite engendrée par un écoulement de houle et/ou de courant. Nous avons reproduit la configuration expérimentale du canal à houle du laboratoire de mécanique des fluides et génie civil du havre qui travaille avec le même objectif. Pour un écoulement de houle seule, les résultats obtenus par la modélisation numérique sont satisfaisants, compares aux résultats analytiques disponibles. Pour un écoulement de courant seul, les résultats sont également en bon accord avec les relations fournies par la bibliographie existante, cette étude a notamment permis de préciser les valeurs du coefficient de Chézy. Enfin, les premières simulations d'écoulements combines de houle et de courant ont été faites. La comparaison avec les résultats expérimentaux apparait satisfaisante pour un écoulement de houle dominant.

Des simulations numériques des effets aéro-optiques, via la simulation des grandes échelles (SGE), sont réalisées pour des écoulements turbulents compressibles de couche limite et de cavité. Dans ces configurations, le trouble de l'image provoqué par la distorsion de phase est l'aberration aéro-optique majeure subie par le front d'onde. Celle-ci provient de la variation de la masse volumique au sein de l'écoulement turbulent. Cette perturbation a pour effet de limiter les performances d'un système optique embarqué. En premier lieu, des SGE de couches limites turbulentes temporelles, aux nombres de Mach de 2,3 et 0,9, sont effectuées afin d'y évaluer la dégradation optique. Toutefois, ces simulations font face à plusieurs inconvénients. Afin de pallier ces limites, une simulation spatiale est mise en place via l'étude des conditions d'entrées turbulentes qui reste une question sensible en SGE. Une nouvelle méthode de renormalisation et de recyclage appliquée aux écoulements compressibles est alors mise en œuvre pour la réalisation d'une telle simulation. Par la suite, les enseignements acquis sur les effets aéro-optiques au sein d'une couche limite turbulente sont appliqués à une configuration complexe : la cavité optique. La physique des écoulements de cavité résulte de l'interaction d'une couche de mélange et d'ondes acoustiques. La difficulté revient alors à estimer la dégradation optique liée à chacun de ces deux processus. Au delà de leur intérêt prédictif, ces travaux précurseurs permettent de poser les bases nécessaires à l'analyse des effets aéro-optiques et de confirmer le rôle de la SGE pour ce type d'étude
Numerical simulations of aero-optical effects via large-eddy simulation (LES) are carried out in turbulent compressible boundary layer and cavity flows. Within these configurations, blur image caused by phase distortion is the main aero-optical aberration undergone by wave front. This one is due to density variation in turbulent flow. This perturbation is consequently limiting performances of onboard optical system. First of all, LES of temporal turbulent boundary layers at Mach numbers equal to 2. 3 and 0. 9 are made in order to evaluate optical degradation in such flows. However, these simulations are coping with several drawbacks. In order to compensate these limits, spatial simulation is implemented through turbulent inflow conditions study which remains a critical question for LES. So, a new rescaling and recycling method applied to compressible flows is set up to carry out such simulation. The obtained outcome about aero-optical effects in turbulent boundary layer is then applied to complex configuration : the optical cavity. The cavity flows physics result from mixing layer and acoustic waves interaction. Therefore, the difficult point consists of estimating optical degradation linked with each of these two processes. Beside their predictive capability, these announcing works are funding for aero-optical effects analysis and allow us to confirm the role of LES for this type of study

Lors de la fabrication d'une pièce industrielle, le traitement thermique est une opération qui nécessite de maîtriser à la fois les microstructures obtenues et les contraintes et déformations résiduelles. La simulation numérique est un outil précieux pour une meilleure optimisation de ces traitements. Dans ce contexte, l'objectif de notre étude a été de contribuer au développement d'un outil de calcul permettant de prévoir les microstructures, les déformations et les contraintes au cours du traitement thermique de pièces en acier pouvant contenir des hétérogénéités de composition chimique en particulier de teneur en carbone. Nous avons d'abord développé le modèle de calcul des cinétiques de transformation de phases des aciers existant au laboratoire pour prendre en compte l'effet de l'enrichissement en carbone de l'austnite lors de sa décomposition partielle en ferrite sur les transformations ultérieures. Des calculs thermiques, métallurgiques et mécaniques couplés ont ensuite permis une analyse détaillée de l'effet de gradients de teneur en carbone à l'échelle macroscopique sur la genèse des microstructures et des contraintes internes au cours du refroidissement. Nous avons en particulier quantifié les effets possibles de macro et mésoségrégations de solidification dans des cylindres très massifs de taille proche de celle d'un lingot. Une validation expérimentale des résultats de simulation numérique a été mise en place pour des éprouvettes cylindriques supposées homogènes en composition chimique (acier 40CrMnMo8) puis pour une éprouvette chimiquement hétérogène spécialement conçue et fabriquée pour notre étude. Au préalable, les caractérisations expérimentales de l'acier ont permis de construire le jeu de données complet nécessaire aux simulations. Les résultats expérimentaux et calculés ont permis de bien mettre en évidence le rôle de l'hétérogénéité chimique. Enfin, une bonne corrélation calcul- expérience a été obtenue pour la déformation au cours du refroidissement d'une éprouvette 3D en forme de croissant
Heat treatment is a process that needs the control of both final microstructures and residual stresses and deformations. Numerical simulation is a useful tool for a better optimization of this process. The aim of our work was to contribute to the development of a numerical tool for the prediction of microstructures, stresses and strains during cooling of pieces that may contain chemical heterogeneities, particularly carbon content heterogeneities. Firstly, an existing model for the prediction of transformation kinetics in steels has been further developped in order to take into account the effects of the carbon content enrichment of austenite due to a partial ferritic transformation on the subsequent transformations. Coupled thermal, metallurgical, mechanical calculations have then been performed to study the effects of carbon content gradients on the microstructural evolutions and on the residual stresses development during cooling. Particularly, the possible effects of solidification macro and mesosegregations have been quantified in massive cylinders with sizes close to the size of an ingot. Secondly, experimental validations have been performed for homogeneous cylindrical specimen (40CrMnMo8 steel) and for a chemically heterogeneous specimen specifically designed for our study. The complete set of input data necessary for the simulations has been established from experimental characterizations of the steel. The role of chemical heterogeneity has been analysed through the experimental and calculated results. Finally, a good correlation has been obtained between measurements and calculation of the deformation during cooling of a 3D "croissant" shaped specimen

Cette thèse présente une étude dynamique des rides sédimentaires générées par les vagues, dans le cadre des conditions hydrodynamiques rencontrées sur le plateau continental. Tout d'abord, une analyse dimensionnelle nous a permis de définir les paramètres hydro-sédimentaires sans-dimension régissant la structure géométrique des rides à tourbillons. Dans un second temps, un modèle morphodynamique des rides à tourbillons a été développé et couplé à un code de calcul 2D d'écoulement et de transport sédimentaire dans la couche limite oscillante. Ce modèle morphodynamique est basé sur un schéma numérique centré du deuxième ordre qui permet de résoudre l'équation de conservation du sédiment en présence d'une fonction de flux non-linéaire, présentant des pics raides et lorsque la vitesse caractéristique du fond est inconnue. Une procédure simulant les avalanches lorsque la pente locale des rides dépasse l'angle de repos a permis de compléter le modèle. L'application du modèle à la simulation de grandes rides orbitales a permis de décrire en détail les processus intervenant lors de l'évolution des rides : génération à partir d'instabilités, développement, appariement et absorption de rides. Pour finir, la simulation d'une expérience en canal a été effectuée, permettant ainsi de mettre en évidence les particularités des rides anorbitales.

Depuis plusieurs décennies, la communauté informatique graphique s’intéresse à la simulation physique du mouvement et du rendu des fluides. Ils nécessitent d’approcher numériquement des systèmes complexes d’équations aux dérivées partielles, coûteux en temps de calcul. Ces deux domaines trouvent entre autres des applications dans le domaine vidéoludique, qui requiert des performances pouvant offrir des résultats en temps interactif, et dans la simulation d’écoulements réalistes et complexes pour les effets spéciaux, nécessitant des temps de calcul et d’espace mémoire beaucoup plus considérables. Les modèles de la dynamique des fluides permettent de simuler des écoulements complexes, tout en offrant à l’artiste la possibilité d’interagir avec la simulation. Toutefois, contrôler la dynamique et l’apparence des vagues reste difficile. Cette thèse porte d’une part sur le contrôle du mouvement des vagues océaniques dans un contexte d’animation basée sur les équations de Navier-Stokes, et sur leur visualisation réaliste. Nos deux contributions principales sont : (i) un modèle de forces externes pour contrôler le mouvement des vagues, avec leur hauteur, leur point de déferlement et leur vitesse. Une extension du modèle pour représenter l’interaction entre plusieurs vagues et des vagues tournantes est également proposée. (ii) une méthodologie pour visualiser les vagues, à l’aide d’une méthode de rendu réaliste, en s’appuyant sur des données optiques des constituants océaniques pour contrôler l’apparence du fluide considéré comme milieu participant. La simulation et le contrôle de la dynamique des vagues sont mis en oeuvre dans un simulateur basé sur la méthode SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics). Afin d’obtenir des performances interactives, nous avons développé un moteur de simulation SPH tirant parti des technologies GPGPU. Pour la visualisation physico-réaliste, nous utilisons un moteur de rendu existant permettant de représenter des milieux participants. Utilisés conjointement, les deux contributions permettent de simuler et contrôler la dynamique d’un front de mer ainsi que son apparence, sur la base de ses paramètres physiques
Physics based animation and photorealistic rendering of fluids are two research field that has been widely addressed by the computer graphics research community. Both have applications in the video-entertainment industry and used in simulations of natural disasters, which require high computing performance in order to provide interactive time results. This thesis first focuses on simulating breaking wave on modern computer architecturesm and then to render them in the case of oceanic environments. The first part of this thesis deals with physics-based animation of breaking waves, and describes a simple model to generate and control such waves. Current methods only enable to simulate the effects but not the causes of water waves. The implementation of our method takes advantage of GPGPU technologies because of its massively parallel nature, in order to achieve interactive performances. Besides, the method was designed to provide the graphist user-control of the physical phenomena, which enables to control in real time all the physical parameters of the generated waves, in order to achieve the desired result. The second part of this thesis deals with the optical properties of water in oceanic environments and describes a model that enables to realistically render an oceanic scene. Its second goal is to provide user-control of the oceanic constituants amount to tune the appearance of the oceanic participating media

Dans la couche melangee de suface, les interactions qui se developpent sous les vagues de vent entre les vagues, les courants et la turbulence sont a l'origine du champ tridimensionnel du mouvement moyen (circulations de langmuir) et de niveaux de turbulence eleves. Une analyse originale des donnees experimentales de laboratoire (et de campagnes de terrain), a partir d'echelles de references pertinentes baties sur les mecanismes d'interactions mis en avant par craik & leibovich, permet de degager les traits caracteristiques de cet ecoulement : les niveaux d'energie cinetique turbulente et de taux de dissipation a l'interface sont directement controles par les parametres de vagues (effet du deferlement) et la distribution verticale de ces grandeurs turbulentes est modifiee par la presence d'ecoulements secondaires. Un modele, base sur les termes sources generateurs de vorticite qui relient le courant de stokes de la vague gradients de vitesse moyenne longitudinale et sur une fermeture de la turbulence au premier ordre, a ete mis en oeuvre. Il apparait a partir d'une etude de sensibilite de ce modele aux nombres adimensionnels qui le composent, que le fetch favorise l'intensification des circulations de langmuir. La confrontation du modele sur les donnees experimentales met l'accent sur la difficulte a analyser le comportement des mesures quand on n'a pas d'indications sur les vitesses verticales : cette absence d'informations pourait etre a l'origine des difficultes rencontrees par les gens de terrain pour trouver des echelles explicatives des taux de dissipations observes. On dispose ainsi d'un modele de predetermination de l'ecoulement sous les vagues de vent si les caracteristiques des vagues et du vent sont connues.