Projet de Groupe de Recherche Interaction Fluide Structure gdr ifs 15 juillet 2004 Responsable

Projet de Groupe de Recherche Interaction Fluide Structure
GDR IFS
15 juillet 2004


Responsable: Mhamed Souli, Laboratoire de Mécanique de Lille.

[e-mail]

Equipe de Coordination :

Aziz Hamdouni : LEPTAB - Université de la Rochelle

Francisco Chinesta : ENSAM Paris

Alain Combescure : INSA Lyon

Roger Ohayon : CNAM Paris

Site Web :

http://www.univ-lille1.fr/gdr-ifs

Table des matières

1. 
   Introduction et Motivation
   

2. 
   Historique
   

3. 
   Projet Scientifique
   

4. 
   Action
   

5. 
   Journée GDR IFS
   

6. 
   Liste des participants
   

7. 
   Référence
   

Annexe A : Programme Journée GDR du 11 juin

1. INTRODUTION.

L'objectif du GDR “ Interaction Fluide Structure ” est de réunir au sein d'un réseau très ouvert, différentes communautés universitaires et industrielles impliquées dans le développement des méthodes théoriques et numériques pour la résolution de nouveaux problèmes multi-physiques posés par les différentes applications académiques ou industrielles et impliquant des interactions fortes ou faibles entre fluide et structure.

Le projet du GDR IFS est né de l’expression d’un besoin d’une structure nationale permettant les rencontres à intervalles réguliers sur les sujets liés aux problèmes de couplage, et participant à la formation des doctorants impliqués dans cette thématique.

Alors que très souvent les chercheurs dans les laboratoires industriels (département R&D, Recherche et Développement) et les chercheurs dans les laboratoires CNRS ou universitaires étudient indépendamment les mêmes modèles mécaniques liés à des problèmes de couplage, de nombreux travaux incitent à un rapprochement plus fort. Le but du projet GDR IFS est donc de faciliter ces échanges et de contribuer à ce rapprochement. En effet, le programme typiquement interdisciplinaire du GDR présente les objectifs suivants :

1. 
   renforcer les collaborations qui existent déjà entre les laboratoires développant des méthodes numériques et des applications directement liées à l’IFS ;
   
2. 
   induire de nouvelles collaborations autour de cette thématique, à partir des potentialités déjà existantes mais actuellement dispersées ;
   
3. 
   en coordonnant les recherches dans le domaine de l’IFS en France, renforcer un pole d’excellence dans ce domaine au niveau national, qui soit compétitif et reconnu au niveau international.
   
4. 
   renforcer les liens et les contacts entre les chercheurs en Mécanique des fluides et Mécanique des structures
   
5. 
   renforcer les collaborations entre les laboratoires de recherche industriels et les laboratoires CNRS et universitaires.
   

Ce constat appelle donc tout d’abord à un réel effort de formation, notamment destiné aux plus jeunes, tant il est vrai que la méconnaissance de techniques de base peut être un frein à toute communication (différentes notions de couplage, méthodes de contact, méthodes ALE, couplage implicite et explicite,..). Ensuite il convient de relever la volonté de développer les échanges et collaborations entre les laboratoires industriels et universitaires, volonté qui s’est concrétisée en certaines occasions (réunion du  11 Novembre 2003 à EDF Clamart, et du 5 fevrier 2004 au CNAM Paris).

Le groupement propose de réunir des chercheurs d’horizons différents pour répondre à des questions précises dans le domaine des techniques numériques et théoriques pour les problèmes multi-physiques.

Cette structure permet de financer les missions, rencontres scientifiques, visites et échanges de doctorants et jeunes chercheurs entre laboratoires, afin de dynamiser les collaborations nécessaires entre les différentes équipes de recherches en Mécanique des fluides et Mécanique des structures.

2. PROJET SCIENTIFIQUE

Les recherches en interaction fluide-structure revêtent au niveau international une importance croissante. En effet, les aspects multidisciplinaires sous-jacents rassemblent des communautés variées et l'on connaît l'importance des études liées aux phénomènes couplés (structure-fluide- thermique etc.). Bien sûr, diverses sous disciplines sont abordées depuis longtemps, citons par exemple, dans le domaine aéronautique, le phénomène du flottement des avions qui est un couplage fluide-structure externe en présence d'écoulement. Plus récemment, les études de réduction de bruit, par exemple à l'intérieur des véhicules (automobiles, trains, avions, hélicoptères, etc.), ont suscité les analyses vibroacoustiques et ont engendré des recherches spécifiques sur le comportement à moyennes et hautes fréquences dans les structures. Un GDR a d’ailleurs été consacré à cette dernière thématique et un est en cours. La mise à disposition de moyens informatiques puissants a engendré de nouvelles méthodes d'approches et l'on constate la nécessité absolue de disposer de modèles fiables à finalités variables selon les situations industrielles. En parallèle de méthodes puissantes de couplage fluide-structure qui amènent des analyses fines sur la description des interfaces fluide-structures, en respectant l'optique suivante: valider les méthodes par des expérimentations, mais en moins grand nombre, mieux instrumenter et surtout jamais une expérimentation sans un modèle prédicatif permettant de guider cette dernière et de dialoguer avec l'expérimentation. Le but ultime étant bien sûr l'optimisation des systèmes et la réduction (par traitements adaptés) des réponses dynamiques. On voit donc aussi l'importance de disposer d'une famille de modèles réduits permettant, en évitant le recours à des nombres de degrés de liberté prohibitifs, de pouvoir effectuer des analyses de sensibilités et des études paramétriques. Le comportement physique, non linéaire, peut dans nombres de situations être approché par des comportements linéaires ou faiblement non linéaires (vibrations linéaires, vibrations non linéaires). Dans d'autres situations - réponses à des sollicitations temporelles importantes - il faut recourir à des approches numériques spécifiques. On voit donc que le système fluide-structure, multiphysique, hétérogène, impliquant des longueurs d'onde différentes selon les situations rencontrées et selon le type d'excitation et son contenu fréquentiel, engendre des méthodologies qui peuvent tirer partie des recherches de type multi-échelle, de type méthodes 'sans maillage', etc. En plus, on sait que des logiciels puissants de calculs de structure ou de mécanique numérique des fluides (CFD) existent et souvent la question posée réside dans un traitement adéquat d'interface 'sans toucher aux parties structures ou fluides'. Cette approche intéresse en premier lieu les industriels bien sûr. On voit donc qu'il y a de la place pour un foisonnement d'idées. Le GDR proposé, de nature essentiellement méthodes, est innovant dans ce contexte. Il s'efforce de rassembler une communauté de 'jeunes' à côté des seniors et l'esprit sera résolument ouvert, européen et donc sans frontières. Pour des raisons d'efficacité pratique, la démarche rassemble les acteurs du territoire national, mais tout est destiné à être ouvert dans le futur.

Durant les 4 années de déroulement du GDR, nous souhaitons apporter une solution à quelques problèmes encore ouverts en interaction fluide structure. Les applications nouvelles en IFS sont nombreuses, nous présentons quelques unes de ces applications:

1- La rupture de tubes Générateurs de vapeur par vibration induite par les écoulements diphasiques eau vapeur, ou par écoulements monophasiques à grand nombre de Reynolds, est un nouveau problème pose par l'industrie nucléaire. Les travaux du GDR permettrons de mieux gérer les interfaces fluide/structure mobiles en présence d’écoulements turbulents, ainsi que le transfert d’énergie entre fluide et structure. Ce GDR contribuera à la compréhension des phénomènes en IFS grâce à une meilleure connaissance des phénomènes locaux estimés à partir des données globales. La figure 1 représente l’écoulement turbulent autour du faisceaux de tubes 3x3, lorsque la vitesse de l’écoulement augmente l’amortissement due au couplage diminue, ce qui contribue à l’augmentation de l’amplitude de vibration des tubes, figure 2.

Figure 1 Figure 2

2- Etre capable de classer les différentes stratégies numériques et voir son adéquation au traitement de chaque type de problème.

3- Identifier les principales difficultés existantes et explorer l’applicabilité des autres alternatives jusqu’à présent appliques avec succès dans des autres disciplines, et que n'ont été jamais appliquées aux problèmes de IFS.

3- Définir quelques Benchmarks pour confronter différentes approches afin de évaluer précision, rapidité de calcul, parallélisme.

4- Construire un modèle fiable et robuste pour les problèmes d'interaction fluide/solide rigide. Ce problème est un cas particulier des problèmes d'interaction fluide structure, il intervient dans de nombreuses applications : volumétrie, hydrodynamique naval, ...Il présente la "facilité" de traitement du solide rigide et la difficulté de grandes déformations de maillages. Il existe plusieurs travaux en cours pour la constructions d'algorithmes généraux robustes, le GDR se donnera comme challenge d'en dégager un algorithme performant capable de répondre aux nombreuses applications industriel du problème.

5- Mettre au point une technique de réduction de modèle pour les problèmes couplés. La construction de modèle d'ordre réduit est un enjeu important en vue d'applications pour le contrôle actif afin de réduire les nuisances liés aux problèmes de couplages (ou d'amélioration de performance), d'ailleurs la NASA lance en liaison avec la NSF des grands programmes sur la réduction de modèle. Le GDR se donnera comme objectif dans le cadre du thème 2, la construction d'une méthodologie de construction de modèle d'ordre réduit alliant les techniques utilisés en fluides et ceux en dynamique des structures.

3- HISTORIQUE

L’interaction fluide structure est une branche vivante et appelée à se développer. Elle intègre les nouveautés algorithmiques issues des mathématiques, de la mécanique, et les nouveaux outils ou besoins de l'informatique. Depuis quelques temps on peut voir émerger un certain nombre de problèmes en Mécanique des structures, qui se démarquent assez nettement des simulations habituelles où le chargement de la structure due au fluide est approché par des modèles empiriques. Dans ces nouvelles simulations, le fluide intervient par la résolution des équations hydrodynamiques, équations de Navier-Stokes, permettant de déterminer le chargement sur la structure. Actuellement de multiples problèmes d’interaction fluide structure nouveaux sont posés par :

l'environnement :

- transport des produits toxiques fluides

- ballottement, écoulement autour des pales d’éoliennes

l’industrie automobile :

- dynamique de gonflement des Airbags

- Ballottement de fluide dans les réservoirs

l’industrie aéronautique :

- problèmes d’impact d’oiseaux

- impact d’hélicoptère dans l’eau

l’industrie maritime :

• 
  problèmes d’impact de bateau, ‘Slamming’
  
• 
  ballottement dans les cuves de méthane
  

l'industrie nucléaire:

• 
  rupture de tubes Générateurs de vapeur par vibration induite par les écoulements diphasiques eau vapeur
  
• 
  accidents sévères : dépressurisations réponses aux séismes (flambage de bidons de stockage)
  
• 
  modes de vibration de cœurs de réacteurs
  

et la recherche en biomécanique :

• 
  déformations des vaisseaux sanguins en liaison avec le battement cardiaque
  
• 
  Ecoulement dans les faisceaux sanguins
  

Les problèmes d’interaction fluide structure se sont posés très tôt aux ingénieurs en particulier avec le développement de l’aéronautique. C’est sous l’aspect aéroélasticité que ces travaux ont été menés. Les outils de calcul de l’époque ne permettaient qu’une modélisation simplifiée où les efforts du fluide sur la structure étaient modélisés au préalable de l’étude de la vibration de la structure. C’est avec le développement des outils de calcul numérique en parallèle avec l’augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs que des algorithmes de couplage entre l’écoulement du fluide et le mouvement de la structure se sont développés dans les années 70. Ces algorithmes étaient tributaires de l’efficacité des schémas de résolution des équations de la structure d’une part et de ceux du fluide d’autre part, qui n’ont cessé de connaître des améliorations et qui sont pour une grande partie encore du domaine de la recherche, en particulier en ce qui concerne les grandes déformations pour les structures et les écoulements turbulents pour les fluides. L’usage des algorithmes de couplage fluide/structure dans l’industrie est récente, elle a fait naître la nécessité de développement d’algorithmes efficaces et rapides. Cela nécessité des développements de méthodes sur plusieurs niveaux : le bon formalisme pour écrire d’une manière compatible les équations de la structure et du fluide, la description de l’interface entre les deux milieux continus, les algorithmes de couplage entre le fluide et la structure (transmissions des conditions cinématique et des efforts), les techniques de maillage et de “ remaillage ”.

Actuellement aucun GDR sur les méthodes numériques Interaction Fluide Structure, regroupant les chercheurs des laboratoires industriels et universitaires, n’est en cours.

Le GDR2760 Interaction Fluide-Structure Biologique (IFSB), créé le 01/01/2004 sous la direction de Mme Deplano, de l’ IRPHE ( Institut de recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre) UMR 6594, en sections 10 et 22 du CNRS, est axé sur la biomécanique, et ne traite pas les problèmes numériques et théoriques liés au couplage fluide structure.

Le GDR2493 ‘Bruit des Transports’, créé le 01/01/2002 sous la direction de Mme Habault, LMA, (Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique), est axé sur les problèmes vibro-acoustique, ce GDR est composé des 4 thèmes suivants :

Thème 1- Emission et réduction du bruit à la source.

Thème 2- Propagation et moyens de protection.

Thème 3- Perception de la qualité sonore et traitement social du bruit.

Thème 4- Spécificité du bruit des transports dans l'espace urbain.

Le GDR 2493 étant axé sur les problèmes d’émission, de réduction, et de propagation du bruit, ne traite pas les problèmes spécifiques de couplage fluide structure.

4- MISSION et THEMES du PROJET

La mission du GDR est donc de coordonner les actions relevant du domaine du calcul scientifique en Interaction Fluide Structure en France et d’inciter les coopérations entre différents laboratoires universitaires, laboratoires de recherche industriels dans ce domaine.

La création de ce GDR aidera fortement à structurer la recherche pour les méthodes théoriques et numériques en couplage fluide structure et former les jeunes chercheurs dans ce domaine.

Ce projet de GDR regroupe des chercheurs en mécanique des fluides et en mécanique des structure en France dans un projet bien identifié et axé sur les méthodes numériques et théoriques en Interaction Fluide Structure. Ce GDR permettra aux industriels qui y participent d’avoir une vision large et synthétique sur les méthodes numériques en cours de développement pour la résolution des problèmes d’IFS utiles a leurs applications. Ce GDR vise aussi la formation des jeunes chercheurs : prise en charge de leur participation à des journées scientifiques, organisation de cours intensifs.

La préparation de ce projet à fait l’objet de trois réunions déjà organisées :

1. 
   Une première réunion organisée le 20 Novembre 2003 à EDF Clamart, où les motivations ainsi que les objectifs du GDR ont été présentés par les participants, une liste des laboratoires, chercheurs, industriels, à contacter pour la formation du GDR a été établie. Un comité de coordination chargé de contacter les laboratoires et les chercheurs et d’organiser les prochaines rencontres a été proposé, il s’agit de : Chinesta (ENSAM Paris), Hamdouni (Université de La Rochelle) et Souli (Université de Lille 1), R.Ohayon (CNAM Paris).
   

2. 
   La deuxième réunion, limitée au comité de coordination du GDR, s’était tenue le 12 janvier 2004 au CNAM Paris. Un classement des thèmes du GDR a été établi. Ce classement n’étant pas définitif, et pouvait être modifié lors de la réunion du 5 février 2004 au CNAM Paris.
   

3. 
   La réunion du 5 février 2004 a regroupé tous les participants du GDR, laboratoires universitaires, laboratoires de recherche industriels. Les thèmes de recherches ont été définis par les participants.
   

4. 
   Organisation d’une journée sur l'IFS le vendredi 11 juin 2004 à l'ENSAM Paris. Cette journée a pour objectif de présenter des travaux actuellement en cours sur les méthodes développées pour le traitement des problèmes d’interaction fluide structure, ainsi que des problèmes industriels liés à l’IFS.
   

5. 
   Enfin, une journée scientifique été organisé le 11 Juin a l’ENSAM Paris, elle a permis d’exposer des travaux en cours et des perspectives scientifiques pour le GDR.
   

THEMES DE RECHERCHE.
Lors de la réunion du 5 février 2004, il a été décidé de structurer les GDR en trois thèmes, dont chaque thème est constitué de plusieurs sous thèmes, qui sont les suivants :
1/ Traitement numérique des interfaces
L'évolution des techniques du calcul scientifique a été fortement influencée par les capacités des ordinateurs ; les applications aux problèmes d’interaction fluide structure n’ont commencé à attirer l’attention des chercheurs dans les laboratoires universitaires et industriels que depuis que la puissance des ordinateurs est devenue suffisante, mais les algorithmes numériques pour la résolution de ces problèmes sont actuellement en voie de développement, ce qui nécessite une forte collaboration entre les différentes équipes de recherche en fluide et en structure.

Depuis le début des années 70, des progrès considérables ont été réalisés dans la modélisation, l'analyse mathématique et numérique de nombreux problèmes en mécanique des fluides et en mécanique des solides. Ces progrès ont permis à leur tour de réaliser des simulations numériques convaincantes dans de multiples domaines autrefois inaccessibles. On pourrait presque dire que les développements numériques en mécanique des fluides et en mécanique des solides aient déjà atteint un haut niveau permettant de résoudre les problèmes posés par les différentes applications industrielles, ce qui est loin d’être le cas pour les méthodes numériques en interaction fluide structure, où de nombreux problèmes restent encore ouverts, et pas seulement à cause des capacités informatiques, mais essentiellement par manque de méthodes numériques fiables et robustes pour la résolution de ces problèmes.

Ce thème comporte 4 sous-thèmes :

* Schémas de discrétisation.

* Modèles et formulation des modèles d'IFS : ALE, Eulérien, Lagrangien, …

* Méthodes de maillage : remaillage automatique, méthode sans maillage, fonctions de niveau calcul de la position de l'interface F/S)…

* Couplages (systèmes multiphysiques) : schéma de couplage, couplages de codes (interface informatique).
Coordinateur : P.Villon

Animateurs : A.Adobes, E.Longatte, A.legay, N.Moes, P.Laure, F.Chinesta
2/ Modèles réduits

A coté de simulations numériques impliquant un traitement massif sur ordinateurs puissants, il est absolument nécessaire de disposer d'une famille de modèles dits réduits. Ce vocable sous-entend une description des champs inconnus décrivant les systèmes par un ensemble de coordonnées généralisées en nombre très inférieur à celui apparaissant dans un traitement direct par éléments finis par exemple.

On rappelle qu'entre 1968 et 1975, dans le domaine des vibrations linéaires de structures, des méthodes qualifiées de sous-structuration dynamique ont été mises au point. Elles ont rapidement été “ démodées ” ensuite du fait de l’extraordinaire expansion des techniques éléments finis dans presque tous les domaines de la science et la technologie. Elles connaissent depuis quelques années un très grand regain d'intérêt et engendrent de nouvelles recherches du fait en particulier :
a) de la validation et du guide d'expérimentations

b) des études de sensibilités, d'optimisation et de réduction des sollicitations (contrôle)

Par ailleurs, depuis les années 90 s’est développé une école de modélisation de la turbulence par des systèmes dynamiques d’ordre réduit utilisant la méthode de décomposition orthogonale aux valeurs propres. Cette modélisation a donné des résultats spectaculaires et elle est actuellement utilisée dans les problèmes de contrôle actif des écoulements ainsi que dans l’analyse de stabilité. Ces succès ont suscité des recherches intenses sur la construction de modèles réduits pour les écoulements.
Aussi, il est actuellement envisageable de construire des modèles d’ordre réduit pour les problèmes d’interaction fluide/structure en s’appuyant sur les techniques de réduction développées dans chacun des deux domaines (vibration des structures et écoulement fluide). La construction de ces modèles réduits permettra d’envisager le développement du calcul en temps réel. Il permet aussi l’étude des phénomènes physiques des instabilités de couplage qui sont souvent difficile a prédire. Ce problème est stratégique et intéresse de nombreux secteurs. C’est pour cela que l’on souhaite dans le cadre de ce GDR consacrer un thème sur les modèles d’ordre réduit où il est envisagé de mettre en commun les compétences acquis par ses membres à la fois en sous structuration et en reconstitution des écoulements instationnaires à partir d’une base constituée de très peu d’éléments pour développer la réduction de modèles pour les problèmes couplés. Il est envisagé aussi dans le cadre de ce thème la construction des modèles simplifiés traduisant les différents modes de couplages à partir d’outils comme l’analyse asymptotique.

Afin de représenter les différents aspects des modèles réduits, ce thème sera décomposé en 3 sous thèmes :

Coordinateur: A.Hamdouni

Animateurs : O.Thomas, , D.Ryckelynck, A.Parry, R.Ohayon

* Reconstitution de l'écoulement à partir d'une base (réduction du modèle).

* Sous-structuration / multi-échelle (adaptation du pas de temps à des sous-modèles).

* Méthodes simplifiées.

3/ Analyse physique et modélisation de problèmes spécifiques en IFS

Un certain nombre de problèmes physiques restent difficiles à comprendre à cause de couplages du comportement du fluide et de la structure. L'énergie se transfère de manière complexe d'un système à l'autre. Ces échanges d'énergie entre les systèmes peuvent parfois conduire à des instabilités qu'il convient de comprendre puis de maîtriser. La modélisation de ces échanges et transformations d'énergie se fait soit par des approches "modales" soit par des approches éléments finis détaillés.

Ces problèmes se posent par exemple dans le cas des instabilités de vibrations de faisceaux de tube sous écoulement laminaire ou turbulent (grands déplacements de parois déformables dans un écoulement fluide diphasique instationnaire). La compréhension de la raison des instabilités couplées fluide structure dans des systèmes vibrants sous écoulement permanent ou instationnaire reste encore limitée et mérite une investigation approfondie.

Les applications pour les sciences biomédicales et l'aéroélasticité sont très intéressantes (flutter, …). La réponse des structures sous sollicitations rapides (chocs impacts ….) par des fluides reste un sujet délicat et encore peu maîtrisé:

Dans quel cas le couplage est pertinent ?

Comment choisir les échelles d'espace et de temps pertinentes?

Comment coupler les sous domaines de manière efficace et physiquement fondées. (cavitations, dépressurisation, explosions sous les navires sont quelques exemples d'application) ?

Dans le couplage entre l’écoulement fluide et la structure les efforts de paroi provenant du fluide sont déterminants pour le calcul du mouvement de la structure. Or dans les applications industrielles l’écoulement du fluide est le plus souvent turbulent, aussi les modèles de turbulence utilisés, en particulier les modèles de paroi sont fondamentales pour la prédication des problèmes de couplage. Ces modèles sont le plus souvent construits sous des hypothèses de stationnarité et d’équilibre spectral qui ne sont pas valables pour les problèmes d’interaction fluide structure, ce qui rend leur usage dans ce domaine discutable. Il n’est pas dans l’objectif de ce GDR de développer la modélisation de la turbulence, qui dépasse ses forces, mais il est envisagé dans le cadre de ce thème et en collaboration avec des spécialistes de la turbulence de qualifier des modèles de la turbulence pour les problèmes d’interaction fluide structure en mettant en évidence ceux qui semblent les plus appropriés à ce type de problèmes.

L’analyse physique de phénomènes associés à l’interaction fluide - structure s’effectuera également à l’aide de l’approche expérimentale utilisant des expériences et des méthodes de mesure les mieux adaptées pour déceler et étudier le développement de vibrations induites dans des écoulements autour de corps épais et effilés en hydro- et aéro- élasticité. La modification des structures tourbillonnaires du sillage issue de l’oscillation/déformation de la structure solide et l’analyse détaillée de différents scénarios d’instabilités et de transition de l’écoulement seront étudiées. Pour ce faire, des mesures des fluctuations de pression pariétale par capteurs de pression seront effectuées. La détermination des vibrations induites sera effectuée par des accéléromètres externes et par l’analyse spatio-temporelle de mesures de PIV-3C conditionnelles et de PIV-2D temporelle, permettant de générer l’évolution spatio-temporelle des champs des vitesses à une fréquence de 1KHz. Les mécanismes de “ lock in ” ou la mise en résonance de la structure solide seront analysés à l’aide de la mesure des forces fluctuantes de haute précision. L’analyse de ces phénomènes portera sur des nombres de Reynolds modérés, afin d’étudier la naissance de ces mécanismes et également en nombre de Reynolds élevé, en régime turbulent, afin d’étudier l’impact de la turbulence fine sur les modes organisés précités. Ce volet s’effectuera à l’aide de l’analyse en modes propres orthogonaux, P.O.D. et contribuera à l’étude des propriétés structurales de la turbulence en non-équilibre, apparaissant en interaction fluide structure, dans le but de qualifier des modèles de turbulents pertinents pour l’IFS.

Pour représenter les différents aspects de l’analyse physique et modélisation de problèmes spécifiques en IFS, nous avons décomposé ce thème en 3 sous-thèmes :

Coordinateur: A.Combescure

Animateurs : R.Ohayon, P.Mousou, E.Deletombe, J.S.Schotté, M.Braza, J.F.Deu , H.Mallot, H.Djeridi, J.A. Astolfi

* Instabilités en IFS : instabilités et vibrations (faisceaux de tubes sous écoulement, sloshing, structures minces …), réponses à des détachements tourbillonnaires synchronisés, aéroélasticité (dont flutter), machines tournantes (fan, aubes).

* Modèles de turbulence pour les problèmes d'IFS.

* Chocs / impacts / explosions.

4- ACTION

L’objectif de ce GDR sera notamment de :

- compléter la formation des chercheurs et notamment des doctorants. Ces compléments de formation porteront sur les apports et les besoins réciproques. On présentera des résultats sur les nouvelles méthodes numériques utilisées en couplage, les résultats de conservation d’énergie, les méthodes de parallélisme des algorithmes de couplage.

- Donner des occasions aux doctorants de faire connaître leurs travaux et de créer des contacts avec les chercheurs dans les laboratoires industriels.

Organisation d’une Ecole d’Eté par an à partir de 2005. Cette école se déroulera sur un des sites du CNRS ( CIRM, Oléron, Aussois, Cargése,..), d’une durée d’une semaine. La formation continue du CNRS sera contactée pour apporter un complément de financement à cette action

Organisation de deux Ateliers par an, dédies à un thème bien délimite, pour une durée d’un ou deux jours et qui devrait attirer environ 30 personnes. Les organisateurs veilleront à ce que ces manifestations s’adressent aux communautés industrielle et universitaire.
Développement d’un site Web, permettant une meilleure communication entre les participants du GDR, ( annonce de conférence, écoles, workshops,..).

Les ressources informatiques seront distribuées sur le Web, codes de calculs, algorithmes numériques, publications. Les participants pourront bénéficier de nouveaux développements déjà effectués.

Les résultats concernant la résolution des problèmes Benchmark posés dans le cadre du GDR seront communiqués aux participants à travers ce site Web, ( fichiers avi, figures, tableaux de valeurs,..)

L’adresse du site Web est :

http://www.univ-lille1.fr/gdr-ifs

5. JOURNEE GDR IFS

Un colloque du GDR a été organisée le 11 juin à l’ENSAM Paris. Cette journée a permis aux participants du GDR de se rencontrer et d’exposer leurs travaux de recherche. La journée a été organisée en 4 sessions, 2 sessions le matin, et 2 l’après-midi, cette journée a réuni 53 participants. Cette journée a permis aux participants du GDR IFS, de développer les échanges et collaborations sur les différents thèmes de recherche. Etant donné le nombre important d’exposés proposés, et le nombre de sessions disponibles, nous n’avions sélectionner que 11 exposés parmi une vingtaine d’exposés. La liste des exposés est donnée en annexe A.

Pour ce colloque GDR, les frais de transports et de séjour ont été pris en charge par les participants eux mêmes, alors que les frais d’organisation ( repas, pause café,….) ont été pris en charge par les organisateurs du GDR.

Le déplacement des participants à cette journée à leur propre frais, montre l’intérêt qu’ils portent à la création du GDR.
6. LISTES DES PARTICIPANTS
Les personnes mentionnées ci-dessous ont été contactées et ont donné leur accord pour participer à ce projet..

Compte tenu du nombre de laboratoires industriels, CNRS et universitaires, nous avons préféré de constituer trois listes, une liste de laboratoires de recherche industriels, une liste de laboratoires universitaires et CNRS, et une liste pour les laboratoires étrangers.

La démarche actuelle rassemble les acteurs du territoire national, mais tout est destiné à être ouvert dans le futur, à d’autres laboratoires européens. Certains laboratoires européens, ont déjà manifesté leur intérêt à participer á la création du GDR.
A- Centres de recherche publics ou industriels
1- Shulmberger .

Contact : Andrew Parry

Modeling for Design Technical Coordinator

Schlumberger - Riboud Product Center

Batiment 3, C75,

1 rue Becquerel, 92140 Clamart, France

Email :[e-mail]
2- EDF Chatou.

Contact: Elisabeth Longatte , André Adobes

EDF, Centre de Recherche

Mecanique des Fluides et Transfert Thermique

6 Quai Watier Chatou France

Email : [e-mail] , andre.adobes@edf.f

3. 
   EDF Clamart
   

LaMISD UMR 2832 CNRS EDF

Laboratoire de Mecanique des Structures Insudtrielles Durables

EDF R&D

1, Avenue du General de Gaulle 92141 Clamart Cedex

Contact : Pierre Moussou

Email : [e-mail]

4- INRIA Roquencourt.

INRIA - Projet BANG - Rocquencourt B.P.105

F-78153 LE CHESNAY Cedex

Contact : Jean Frédéric Gerbeau

Email : [e-mail]
5- CEA Saclay

DEN/DM2S/SEMT/DYN

C.E. A Saclay 91191 Gif sur Yvette

Contact: Franck Baj

Email : [e-mail]
6- ONERA Lille 

Unité de Recherche RCS

ONERA Centre de Lille

DMSE

Contact : Eric Deletombe

Email : [e-mail]

7- ONERA Chatillon

ONERA, DDSS/MS

BP 72 - 29, avenue de la Division Leclerc

92322 Chatillon cedex

Contact: J.S Schotte

Email : [e-mail]

8- AXS, Calcul de Structure

AXS - Analyse de Structures

120, Bd Amiral Mouchez

76087 Le Havre Cedex

Contact : Hélène Malot

Email : [e-mail]

9- Principia Marine

PRINCIPIA MARINE

1 rue de la Noë

44321 Nantes cedex 3 (France)

Contact : Nicolas Couty

Email : [e-mail]

10- Gaztransport & Technigaz

Contact : Laurent Brosset

Gaztransport & Technigaz

1, route de Versailles

F-78470 Saint-Rémy-lès-Chevreuse - FRANCE

Email : [e-mail]

2. 
   Laboratoires CNRS et universitaires
   

1- Ecole Polytechnique

Laboratoire d'Hydrodynamique (LadHyX)

Ecole Polytechnique

CNRS UMR n°7646

91128 Palaiseau cedex

Contact : Emmanuel Delangre

Email : [e-mail]

2- Université de Lille, Mécanique

Laboratoire de Mécanique de Lille

CNRS UMR 8107

Université des Sciences et Technologies de Lille

Boulevard Paul Langevin

59655 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX

Contact : Mhamed Souli

Email : [e-mail]

3. 
   ENSAM Paris 
   

LMSP Laboratoire de Mécanique des Systèmes et des Procédés.

UMR 8106 CNRS-ENSAM-ESEM

151 Bd de l’hopital 75013

Contact : Francisco Paco Chinesta

Email : [e-mail]

3. 
   UTC Compiegne 
   

Laboratoire Roberval, UMR CNRS-UTC 6066

Contact : Pierre Villon

Email : [e-mail]
5- IMFT Toulouse :

Contact : Mariana Braza

Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse

UMR CNRS/INPT N° 5502

Av. du prof. Camille Soula, 31400 Toulouse, France

Email : [e-mail]

6- Ecole Centrale Nantes, LMM

Contact : Nicolas Moes

Ecole Centrale de Nantes.

Laboratoire Structures et Simulations

GeM-UMR CNRS 6183

Email : [e-mail]

7- ESPCI, Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielle.

Laboratoire PMMH CNRS UMR 7636

Contact : José Eduardo Wesfeid

EmaiL : [e-mail]

8- Ecole des Mines de Paris, CEMEF
Ecole des Mines de Paris

CNRS UMR 7635

B.P. 207 - 06904 SOPHIA ANTIPOLIS CEDEX

Contact : Thierry Coupez

Patrice Laure 

Email : [e-mail]

[e-mail]
9- INSA LYON

Equipe Mécanique des Solides et Endommagement

LaMCos CNRS UMR 5541

Contact: Alain Combescure

Email: [e-mail]
10- Université de Nice Sophia-Antipolis

Laboratoire J.A.Dieudonne, CNRS UMR 6621

Parc Valrose, 06108 Nice Cedex 2

Contact: Michel Rascle

Email : [e-mail]

11- Ecole Centrale de Nantes

Equipe Modélisation Numérique

Laboratoire de Mécanique des Fluides

CNRS UMR 6598

B.P. 92101, 44321 NANTES CEDEX 3, France

Contact : Emmanuel Guilmineau

Email : [e-mail]

12- INSA de Rouen

Contact : El Hami Abdelkhalak

INSA de ROUEN

Laboratoire de Mécanique de Rouen

UMR CNRS INSA 6138

Dynamique des structures et Fiabilité

Technopôle du Madrillet, BP 8, Ave de L'Université

Email : [e-mail]

13- Université de Corse

Equipe Fluide Structure

UMR CNRS 6134

Quartier Grossetti - BP 52 20250 Corte

Contact : P.Orengo

Email : [e-mail]

14. 
    Université de Nancy
    

Institut Elie Cartan

CNRS UMR 7503

Contact : Marius Tucsnak

Email : [e-mail]

15- Université de Lille, Mathématiques Appliquées

Laboratoire Paul Painleve

CNRS U.M.R. 8524

U.F.R. de Mathématiques

59 655 Villeneuve d'Ascq Cédex

Contact : Thierry Goudon

Email : [e-mail]
16- Université de Pau

Laboratoire de Mathématiques Appliquées

Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA),

Laboratoire de Mathématiques Appliquées de Pau

CNRS-FRE 2570

Av. de l'Université, F-64012 Pau, France

Contact : Roland Becker

Email : [e-mail]

17- Université de la Rochelle 

LEPTAB – EA 2119

Av. M. Crépeau

17042 La Rochelle Cedex 01

Contact : Aziz Hamdouni

Email : [e-mail]

18. 
    CNAM Paris :
    

Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés

EA 3196 de la chaire Mécanique du CNAM

Contact : Olivier Thomas Antoine

Legay Jean

François Deu 

Email : [e-mail]

[e-mail]

[e-mail]

19- Institut de Recherche, Ecole Navale de Brest

Contact : André Astolfi

Henda Djeridi

Groupe Hydrodynamique et Systèmes Propulsifs

Institut de Recherche de l'Ecole Navale. IRENav, EA 3634

BP 600 F 29240 BREST ARMEES

Email : [e-mail]

[e-mail]

20. 
    ENSTA
    

Mécanique vibratoire et modélisation de sources sonores. Acoustique musicale.

ENSTA - UME, PALAISEAU

Contact : Olivier Doaré 

Antoine Chaigne

Cyril Touze 

Email : [e-mail]

[e-mail]

[e-mail]

B- Laboratoires étrangers

1. 
   University of Baunschweig, Allemagne
   

Institute of Scientific Computing

Technical University Braunschweig

Contact : Prof Hermann Matthies

Email : [e-mail]

2- Université Saint Jacques de Compostela, Espagne

Dep. de Mathematiques

Contact : Prof. Alfredo Bermudez

Email : [e-mail]
3- Université de Saragosse (Espagne),

Mechanical Engineering Dept. IA3

Contact : Prof. Elias Cueto

Email : [e-mail]

4- The University of Salford, UK

Stress Analysis Research Group

SARG Newton Building

Contact : Moji Moatamedi

Email : [e-mail]

7. 
   REFERENCE
   

Cette liste est une sélection d’articles récents dont au moins un des auteurs est participant au projet GDR. Elle montre l’intérêt porté aux problèmes d’interaction fluide structure en France.

1. 
   O. Millet, A. Hamdouni and A. Cimetière.
   

An Eulerian approach of the membrane theory for large displacements.

Int. J. of Non-Linear Mechanics, (38), pp. 1403-1420, 2003.

2. D. Abouri, A. Parry and A. Hamdouni .

Fluid/rigid body interaction in complex industrial flow.

Advances in Fluid Mechanics : Fluid Structure Interaction II, pp. 295-305, Ed. WIT PRESS, 2003.

2. 
   C. Allery, S. Guerin, A. Hamdouni and A. Sakout.
   

Experimental and numerical POD study of the Coanda effectused to reduce self-sustained tones.

Mechanics Research Communications, 31(1), p. 105-120, 2004.

3. 
   M.Souli, W.Cheng (Eds)
   

Emerging Technologgies in Fluids, Structures and Fluid/structure Interactions.

American Society of Mechanical Engineering PVP 2000

4. E. Longatte, Z. Benddjedou, M. Souli

Methods for numerical study of tube bundle vibrations in cross-flows

Journal of Fluids and Structures, Volume 18, Issue 5, Pages 467-661 Nov 2003

5. E. Longatte, Z.Bendjeddou, M.Souli

Application of Arbitrary Lagrange Euler Formulations to Flow-Inuced Vibration problems.

Journal of Pressure Vessel and Technology Vol. 125 pages 411-417 Nov 2003

6. N.Aquelet, M.Souli, J.Gabrys, L.Olovson

A New ALE formulation for Sloshing Analysis.

Structural Engineering and Mechanics, An International Journal, 2003 num 4 Vol 16

pp 423-440.
7.Yvonnet, D. Ryckelynck, Ph. Lorong et F. Chinesta.

A New Extension of the Natural Element Method for Non Convex and Discontinuous Problems: the Constrained Natural Element Method (C-NEM).

A paraître dans : International Journal for Numerical Methods in Engineering.

8. 
   M.A. Martinez, E. Cueto, I. Alfaro, M. Doblaré et F.Chinesta
   

Updated Lagrangian Free Surface Flow Simulations with the Natural Neighbour Galerkin Methods.

A paraître dans : International Journal for Numerical Methods in Engineering.

9. G.-H. Cottet and E. Maitre.

A level-set formulation of immersed boundary methods for fluid-structure interaction problems. C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. I 338, 581-586, 2004.

10. 
    G.-H. Cottet.
    

A particle model for fluid-structure interaction.

C. R. Acad. Sci. Paris, 3, 833-838, 2002.

10. 
    M. Facchinetti, E. De Langre and F. Biolley.
    

Vortex-induced travelling waves along a cable.

European Journal of Mechanics B/Fluids, 23/1:199-208,2004

10. 
    O. Doaré, B. Moulia and E. De Langre.
    

Effect of plant interaction on wind-induced plant motion.

Journal of Biomechanical Engineering, 126:146-151,2004.

10. 
    D. Abouri, A. Parry, A. Hamdouni.
    

Développement d'un code de calcul d'interaction fluide/solide rigide.

6ème Congrès de Mécanique, 15-18 avril 2003, Tanger, Maroc

10. 
    J.-F. Gerbeau, M. Vidrascu.
    

A Quasi-Newton Algorithm Based on a Reduced Model for Fluid-Structure Interaction Problems in Blood Flows.

Mathematical Modelling and Numerical Analysis, (M2AN), Vol. 37, Num. 4, p. 631-648, 2003

15. P. Causin, J.-F. Gerbeau, F. Nobile.

Added-mass effect in the design of partitioned algorithms for fluid-structure problems.

Rapport de recherche INRIA No~5084, 2004, soumis

16. N Greffet, A Combescure.

Coupled fluid-structutre simulation.

Instability problems under viscousf low. pp 311,318

17. P. Moussou et al.

Vortex shedding of a multihole orifice synchronized to an acoustic cavity in a PWR water piping system.

PVP-Vol 465, Flow-Induced Vibration pp. 161-168 ASME 2003 PVP2003-2086

18. P. Moussou .

A kinematic approach for fluid structure interactions in conservative linear systems.

7th international conference on Flow-Induced Vibrations, Paris, Juillet 2004, De Langre & Axisa ed.

19. F. Berot, B.Peuseux.

Vibro-Acoustique behavior of submerged cylindrical shells- Analytical formulation and numerical model.

Journal of Fluids and Structures Vol 12, pp.959-1003, (1998)

20. J.F.Sigrist, C.Laine, B.Peseux.

Calcul couplé fluide/structure avec Ansys: Etude numérique et expérimentale d’une plaque élastique en contact avec un fluide lourd.

1er Colloque Interaction modèle expérience en mécanique du solide, Journal de Physique IV, EDP Sciences, pp.137-144, Besançon (France), 3-5 Juillet 2002

21. J.F.Sigrist, C.Laine, B.Peseux.

Choice and limits of a fluid model for the numerical study in dynamic fluid structure interaction problems.

PVP-Vol.454, ASME - PVP Conference Cleveland Août 2003.

22. M. Tourbier, B. Donguy B. Pesuex, L.Gornet.

Modelling and simulation of the Three-dimensional Hydrodynamic problem.

PVP-Vol 435, pp. 173-179, ASME - PVP Conference Vancouver Août 2002

23. M. Tourbier, B. Donguy B. Pesuex, L.Gornet.

Numerical modelling of the three dimensional slamming problem.

ASME conference - 5th FSI, AE&FIV+N Symposium , Novembre 2002, New Orleans (USA).

24. J. San Martin and V. Starovoitov and M. Tucsnak.

Global weak solutions for the two dimensional motion of several rigid bodies in an incompressible viscous fluid.

Archive for Rational Mechanics and Analysis, Vol 161, 2002 pp.113-147.

25. T. Takahashi and M. Tucsnak.

Global strong solutions for the two-dimensional motion of an infinite cylinder in a viscous fluid. J. of Math. Fluid Mechanics , JMFM, Vol 6, 2004, pp.53-77.
26. H. Djeridi, M. Braza, R. Perrin, G. Harrane, E. Cid, S. Cazin.

Near wake turbulence around a circular cylinder at high Reynolds number.

Journal of Flow Turbulence and Combustion 2003 , volume 71 pp 19-34 Edition KLUWER.

27. H. Djeridi, M. Braza, R. Perrin, G. Harrane, E. Cid, S. Cazin.

Turbulence around a circular cylinder at high Reynolds number.

IUTAM Symposium on Unsteady separated flows, April 2002 Toulouse, France.

28. R. Perrin, H.Djeridi, M.Braza, F. Moradei, G. Harrane.

High Reynolds number turbulence and forces measurements in the incompressible flow around a circular cylinder.

BBVIV3, Bluff Body Wakes and Vortex Induced Vibrations, December 2002 Port Douglas, Queensland, Australie

29. J.S.Schotté, R.Ohayon.

Effect on gravity on free-free elastic tank patially filled with incompressible fluid.

Journal of Fluids and Structures 18, 2003 pp 215-226.

30. Doare, O, de Langre, E .

The flow-induced instability of long hanging pipes.

European J Mech A-Solid 21 (5): 857-867 Sep-Oct 2002

31. Doare, O, E. DeLangre.

Local and global instability of fluid-conveying pipes on elastic foundations.

Journal of Fluids and Structures 16 (1): 1-14 Jan 2002

32. S.Mounoury F.Hauville J.A.Astolfi.

Sail And Flow Interaction Including the Deformation and the Displacements of the Stay.

The Fourteenth international, Offshore and Polar Engineering Conference, Toulon, France, 23-28 May 2004.

33. B. Di Martino, C. Giacomoni, F. Flori and P. Orenga.

Mathematical and numerical analysis of a tsunami problem.

Math. Model. Methods in applied sciences. Vol 13, n°10 (2003). 1489-1514.

34. F. Flori – P. Orenga.

Fluid-structure interaction : analysis of a 3-D compressible model.

Annales de l’Institut Henri Poincaré. Analyse non linéaire, Vol. 17, N°6, p. 753-777, Ed. Gauthier-Villars, 2000.

35. C.Gruau, T.Coupez.

3D tetrahedral, unstructured and anisotropic mesh generation with adaptation to natural and multidomain metric.

A paraître dans : Comput. Methods Appl. Mech. Engrg.

36. A.Megally, P.Laure, T.Coupez.

Direct Simulation of Fiber Motion In Viscous Fluid.

Proceeding of 3rd International Symposium on Two-Phase Flow Modelling and ExperimentationPisa, 22-24 September 2004.

37. R. Ohayon.

Reduced order models for fluid structure problems.

Int. J. Num. Meth. Eng., 60 (1), pp. 139-152, 2004.

38. H. Morand, R. Ohayon.

Fluid Structure Interaction.

Wiley, 1995

39. A. Legay, J. Chessa and T. Belytschko.

An Eulerian-Lagrangian Method for Fluid-Structure Interaction Based on Level Sets.

A paraître dans : Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 2004.

40. C. Touzé , O. Thomas and A. Chaigne

Hardening/softening behaviour in non-linear oscillations of structural systems using non-linear normal mode. Journal of Sound and Vibration, 273 (1-2), pp. 77-101, 2004.
ANNEXE A

Journée GDR IFS

11 Juin 2004

ENSAM Paris

9h30-9h40

Accueil
9h40-10h.

Ouverture et Présentation du GDR

M.Souli, A.Hamdouni, R.Ohayon, F.Chinesta
Session  1

Chairman : A.Combescure, INSA Lyon

10h00-10h20

Calcul d'interaction fluide-structure par une méthode volume fini

E. Guilmineau, G. Accary & B. Juhel

Laboratoire de Mécanique des Fluides de l'Ecole Centrale de Nantes.

10h20-10h40

Fluid-structure interaction in the Oil Industry

Parry Andew. Schlumberger - Riboud Product Center

10h40-11h00

Approximation diffuse et transfert de champs consistant.

P.Villon, UTC Compeigne

11h00-11h20

Modélisation des écoulements turbulents par systèmes dynamiques d'ordre
réduit, application aux problèmes d'interaction fluide/structure."

A. Hamdouni, F. Chinesta & D. Ryckelynck.

11h20-11h-30

Pause

Session  2

Chairman : Parry Andew. Schlumberger - Riboud Product Center

11h30-11h50

Méthodologie de type XFEM/level-sets pour l'interaction fluide-structure

Antoine Legay, CNAM Paris

11h50-12h10

Une formulation Lagrangienne actualisée dans la simulation sans maillage des

écoulements

E. Cueto et F. Chinesta, ENSAM Paris

12h10-12h30

Adaptation de maillage et estimation d'erreur pour

l'interaction fluide-structure

Roland Becker, Univ. Pau, Lab. Math Appliquées

12h30-14h00

Déjeuner et Discussion

Session  3

Chairman : Bernard Peseux, Ecole Centrale Nantes
14h00-14h20

Stabilité statique d'un système couplé fluide structure

Alain Combescure, INSA Lyon
14h20-14h40

Couplages vibrations / thermohydraulique dans les faisceaux de tubes de générateurs de vapeur.

E.Longatte, André Adobes, Franck Baj

EDF Chatou, CEA Saclay
14h40-15h00

Une méthode cinématique pour les modes propres fluide-structure

Pierre Moussou, EDF Clamart

15h00-15h20

Activités du groupe de recherche en Hydrodynamique et Systèmes Propulsifs de l'Institut de Recherche de l'école navale

André Astolfi, Institut de Recherche, Ecole Navale de Brest

15h20-15h30

Pause
Session  4

Chairman : Elisabeth Longatte, EDF Chatou
15h30-15h50

Interaction fluide structure en injection

C. Pequet, Th. Coupez et P. Laure.

Ecole des Mines CEMEF Sophia Antipolis

15h50-16h10

Quelques problèmes de couplage fluide-structure : couplage de codes, et impact hydrodynamique.

Bernard Peseux, Ecole Centrale Nantes

16h10-16h30

Modélisation de l’impact d’un dièdre sur un plan d’eau par un couplage en pénalité.

N. Aquelet, M.Souli, N.Couty.

Univ Lille, Principia Marine Nantes