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Annales de Chimie - Science des Matériaux

0151-9107
Nouvel éditeur en 2019
 

 ARTICLE VOL 41/1-2 - 2017  - pp.109-126  - doi:10.3166/acsm.41.109-126
TITRE
Approche des frontières immergées pour l'interaction fluide-structure

TITLE
Immersed borders approach for fluid- structure interaction

RÉSUMÉ

Dans cet article, une formulation utilisant la méthode généralisée des éléments finis (GFEM) en conjonction avec les multiplicateurs de Lagrange est proposée pour imposer la condition de limite à l'interface du problème d'interaction fluide-structure (FSI). L'objectif de ce travail est de développer un code informatique efficace et robuste pour résoudre les problèmes de mécanique des fluides et de FSI. Nous avons choisi une formulation de Immersed Borders pour permettre la simulation de problèmes impliquant des mouvements complexes et des transformations de la structure. En cas de problèmes avec ces caractéristiques, les approches classiques ALE ont tendance à perdre de la robustesse en raison de la nécessité de reconstruire un maillage fluide pour éviter une distorsion excessive des éléments. Des exemples d'applications futures sont la biomécanique, l'aéroélasticité des travaux de génie civil et les structures aérospatiales et multiphysiques. Les exemples numériques résolus ont prouvé que la formulation et la mise en œuvre d'éléments finis développées dans ce travail sont capables de résoudre les problèmes d'écoulement 2D de fluides décrits par l'équation de Navier-Stokes pour les écoulements incompressibles, même dans des régimes à convection dominante; et, pour simuler les problèmes fluides avec les interfaces mobiles en utilisant le concept de frontières immergées dans deux dimensions.



ABSTRACT

In this paper, a formulation using the Generalized Finite Element Method (GFEM) in conjunction with Lagrange Multipliers is proposed to impose the boundary condition on the interface of the Fluid-Structure Interaction (FSI) problem. The objective of this work is the development of an efficient and robust computational code for solving problems of Fluid Mechanics and FSI. We chose a formulation of Immersed Borders to allow simulations of problems involving complex movements and transformations of the structure. In problems with these characteristics, classical ALE approaches tend to lose robustness because of the need for fluid mesh reconstruction to avoid excessive distortion of the elements. Examples of future applications are biomechanics, aeroelasticity of civil works and aerospace and multiphysical structures. The numerical examples solved proved that the formulation and implementation in finite elements developed in this work are capable to solve problems of 2D flow of fluids described by the Navier-Stokes equation for incompressible flows, even in regimes with dominant convection; and, to simulate the fluid problems with mobile interfaces using the concept of boundaries immersed in two dimensions.



AUTEUR(S)
Chaib KKALED, Sahli AHMED, Sara SAHLI

MOTS-CLÉS
methode generalisee des elements finis, interfaces mobiles, ecoulements incompressibles

KEYWORDS
generalized finite element method, mobile interfaces, incompressible flows

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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