Modélisation des interactions vagues / solide Stéphane Abadie

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Thérèse Martineau
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1 Modélisation des interactions vagues / solide Stéphane Abadie Contribution : C. Mokrani (post-doc), B. Ducassou (doc), M. Roboam (M1)

2 SIAME EA 4581 IPRA Equipe Mécanique (17 EC) Groupe IVS ISABTP Campus Montaury - Anglet

3 1. Introduction 3

4 1. Introduction 1.1 Positionnement du problème Interface complexe air Solide fixe eau 4

5 1. Introduction 1.1 Positionnement du problème Interface complexe solide mobile Ω i M F i Torseur externe 5

6 1. Introduction 1.2 Applications : Houlomoteur Colonne d'eau oscillante Houlomoteur Système Oyster (Aquamarine) 6

7 1. Introduction 1.2 Applications : Sollicitations/survivabilité Blocs mobiles? Digue verticale Digue à talus Houlomoteur Mutrilu 7

8 1. Introduction 1.2 Applications : Tsunamis 8

9 1. Introduction 1.2 Applications : Tsunamis Transport de structures et débris Potentiel d'évènements historiques 9

10 1. Introduction 1.2 Applications : Tsunamis Tsunamis générés par glissement de terrain 10

11 1. Introduction 1.2 Applications : Ballottement Atténuation de la résonance 11

12 2. Le modèle numérique 12

13 2. Le modèle numérique 2.1 Généralités Développé à l'i2m Bordeaux depuis 20 ans Solveur Navier-Stokes multifluide Vitesse/pression sur grille décalée Volumes finis Lagrangien augmenté ou projection VOF Parallèle MPI 13

14 2. Le modèle numérique 2.2 Navier-Stokes multifluide & domaines fictifs Densité : Moyenne arithmétique air, air M s li de Viscosité : Moyenne harmonique?, sli de Poreux ou solide fixe Formulation Brinkman ρ( M )( water, water U =0 U μu +(U )U )+B u (U U )+ =ρ( M ) g P + ((μ ( M )+μ T ( M ))( U + t U )) t K Terme de pénalisation (CL ou interne) RANS ou LES (mixte) 14

15 2. Le modèle numérique 2.3 Méthode VOF F=0.5 F=0.03 F=0 PLIC F=1 F=0.5 F=1 F=0.85 F=0 F=0.5 Épaisseur de régularisation f + (a f )=0 t Pianet et al.,

16 3. Interaction vague/solide mobile 16

17 3. Interaction vague / solide mobile 3.1 Position du problème Centre de rotation Champ de vagues solide mobile C Ω i M F i Torseur externe 1. Problème de l'interaction 17

18 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Maillage externe à Ω P n ds=m γ S S 18

19 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Maillage déformable! Ω 19

20 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Domaines fictifs Ω Navier-Stokes Navier-Stokes + pénalisation 20

21 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Ω ρ( U +(U )U )=ρ g P + (μ( U + t U )) t 0! Si résolution converge Contrainte de rigidité 21

22 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Ω ρ( U +(U )U )=ρ g P + (μ ( U + t U )) t Ritz (1998), Abadie et al. (2010), Vincent et al., (2014) Mouvement solide autorisé (translation et rotation) Interaction «naturelle» (pas de calcul de P à l'interface) ~ Pa.s 0! 22

23 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Critère de rigidité? - borne sup taux déformation local E ( M )= (ϵ I ( M )2 + ϵii ( M )2 ) Ω M - paramètre de contrôle t simul D= max Ω ( E ( M )) dt t=0 =5.107 D <

24 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Exemples d'application : tsunamis généré par un glissement rigide t=0.5s Vertical Slide displacement t=1 s t=0.5s 24

25 3. Interaction vague / solide mobile 3.2 Méthode de pénalisation par la viscosité Exemples d'application : tsunamis généré par un glissement rigide Abadie et al., CENG,

26 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Rappel + amortissement Pour un solide rigide : Torseur externe ponctuel?? Ω f d Ω R ^ f d Ω M Ω OM 26

27 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures f e + Rappel amortissement Rappel + amortissement Ω Torseur externe ponctuel U ρ( +(U )U )+ Bu (U U )=ρ g P + (μ( U + t U )) + f e t 0! 27

28 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en translation ρ( U +(U )U )+ Bu (U U )=ρ g P + (μ( U + t U ))+ f e t 1 f e = Ω (k x +ν x ) x x (t )= u( M, t) d Ω Ω t x (t )=x 0 + u( M,t ) dt t0 28

29 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en translation Comparaison THETIS / eqt diff + runge Kutta Sous critique critique 29

30 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en translation Application : atténuation du sloshing 30

31 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en translation Application : atténuation du sloshing Projet ECOS SUD en cours d'analyse... 31

32 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en translation Application : atténuation du sloshing 32

33 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en rotation imposition centre de rotation Ω (C )= V 0!!??? C Axe de rotation U μu ρ( +(U )U )+ Bu (U U )+ =ρ g P + ((μ ( M )+μ T ( M ))( U + t U )) t K 33

34 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en rotation θrot = θinit + θ rot. δ t θ rot = nm δ x ( M )² + δ y ( M )² RM nm Rappel + amortissement Mvt en rotation [ k x. δ x c x. δ x Fv ( M ) = Fv t ( M ) + Fv r ( M )= k y. δ y c y. δ y 0 ] [ γ.θrot.sin (θ M ) c. θ rot. sin (θm ) rm rm + γ.θrot. cos(θ M ) c. θ rot. cos(θ M ) rm rm 0 ] 34

35 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en rotation 35

36 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en rotation Comparaison THETIS / eqt diff + runge Kutta Rappel + amortissement Rappel 36

37 3. Interaction vague / solide mobile 3.3 Torseur des forces extérieures Mouvement en rotation Projet EMACOP : étude rendement = f(k,c) et survivabilité système Oyster 37

38 4. Pressions générées par le déferlement sur un obstacle fixe 38

39 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.1 Position du problème Engineering Quelles sont les sollicitations sur la structure?? Dimensionnement des structures (Digues, EMR, etc...) 39

40 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.1 Position du problème Aspects physiques 40

41 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.1 Position du problème Aspects physiques Air dissous (compressibilité) Pressions instantanées chaotiques Effet de surface libre Impulsion de pression stable (cf. Cooker & Peregrine) Air piégé 41

42 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.2 Impacts faciles. cas du soliton 42

43 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.3 Jet triangulaire 43

44 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.3 Jet triangulaire 44

45 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.3 Jet triangulaire 45

46 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.3 Jet triangulaire =70, rôle de la régularisation de phase 46

47 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.3 Jet triangulaire From Lugni et al Où est la réalité?? Validité de la Condition limite P=cste à la surface libre?? 47

48 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.3 Jet triangulaire Zone instable physique et numérique 48

49 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.4 Conséquences?? 49

50 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.4 Conséquences 50

51 4. Impact du déferlement sur un obstacle fixe 4.5 Analogie du jet triangulaire 51

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