Hostname: page-component-7479d7b7d-8zxtt Total loading time: 0 Render date: 2024-07-11T05:17:49.716Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

Analyse dynamique d'une structure industrielle avec prise en compte du couplage fluide/structure

Published online by Cambridge University Press:  21 March 2007

Jean-François Sigrist
Jean-François Sigrist*
Affiliation:
DCN Propulsion, Service Technique et Scientifique, 44620 La Montagne, France
Get access

Abstract

Le présent article propose une étude du comportement dynamique d'une structure représentative d'un réacteur nucléaire, soumis à une sollicitation de type choc, avec prise en compte des effets d'interaction fluide/structure. L'étude se place dans le contexte général de l'analyse vibratoire de systèmes linéaires, pour lesquels les méthodes d'analyse sont bien formalisées. L'utilisation de ces méthodes dans le contexte de problèmes couplés fluide/structure est étudiée dans cet article. Du point de vue méthodologique, une formalisation de la prise en compte des notions d'énergie de déformation et de masses modales élasto-acoustiques est prise en compte. Du point de vue industriel, les effets de couplage élasto-acoustique sont évalués et leur influence sur la réponse au choc du système étudié sont mis en évidence. L'analyse dynamique du système est réalisée en mettant en œuvre une approche temporelle, spectrale et statique. Les résultats de calcul pour différents cas d'étude et différentes méthodes sont présentés, analysés et comparés : la méthode de calcul la plus appropriée au problème posé est la méthode spectrale avec recombinaison quadratique. Du point de vue numérique, la méthode de discrétisation utilisée repose sur une approche éléments-finis exploitant le caractère axi-symétrique du problème avec une représentation des inconnues du problème en série de Fourier. La modélisation du problème couplé est réalisée en formulation symétrique écrite en pression/déplacement après élimination des degrés de liberté en potentiel des déplacements fluide. Le code éléments-finis mis en œuvre dans MATLAB pour cette étude spécifique permet de disposer d'un cas de référence pour la validation du développement de la formulation (u, p, φ) dans le code de calcul généraliste Ansys.

Keywords

Dynamic analysisfluid-structure couplingtemporal methodspectral methodAnalyse dynamiquecouplage fluide-structureméthode temporelleméthode spectrale
Type
Research Article
Information
Mechanics & Industry , Volume 7 , Issue 5-6 , September 2006 , pp. 453 - 464
Copyright
© AFM, EDP Sciences, 2007

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

R.J. Gibert, Vibration des structures, Interaction avec les fluides. Sources d'excitation aléatoires, Collection de la Direction des Études et Recherches d'Électricité de France, vol. 69, Eyrolles, 1986
R.W. Clough, J. Penzein, Dynamics of Structures, MacGraw-Hill, 1986
Makerle, J., Earthquake analysis of structures: FEM and BEM approaches, a Bibliography (1995–1998), Finite Element Analysis in Design 32 (1999) 113–124 CrossRef
H.J.P. Morand, R. Ohayon, Fluid Structure Interaction, Wiley & Sons, 1995
Makerle, J., Fluid-structure interaction problems, Finite element approach and boundary elements approaches, A Bibliography, Finite Elements in Analysis and Design 31 (1999) 231–240 CrossRef
P. Khonke, ANSYS Theory Reference, Swanson Analysis System, 1986
Sigrist, J.F., Lainé, C., Peseux, B., Analyse modale d'une structure industrielle avec prise en compte du couplage fluide/structure, Mécanique & Industries 6 (2005) 553–563 CrossRef
J.F. Sigrist, S. Garreau, Calcul couplé fluide/structure en formulation pression-déplacement axisymétrique harmonique, Revue Européenne des Éléments-Finis 14 (6) (2005) 1015–1032
Keulegan, G., Carpenter, L., Force on Cylinders and Plates in Oscillating Fluid, J. Res. National Bureau of Standards 60 (1958) 423–440 CrossRef
S.S. Chen, Flow-Induced Vibration of Cylindrical Structures, Springer-Verlag, 1987
E. de Langre, Fluides et Solides, Les éditions de l'École Polytechnique, 2001
V. Melot, C. Leblond, J.F. Sigrist, C. Lainé, B. Auvity, H. Peerhossaini, Investigation of Fluid Forces on a Circular Cyinder Subjected to a Rectilinear Transient Motion at Low Amplitude in Infinite Medium and Cylindrical Confinement, European Fluids Engineering Summer Meeting, Miami, 17–20 July 2006
V. Melot, J.F. Sigrist, C. Lainé, B. Auvity, H. Peerhossaini, Fluid Forces on a Moving Body at Low Amplitude in Fluid at Rest, Part 1: A review of Literature. Pressure Vessel and Piping, Vancouver, 25–28 July, 2006
V. Melot, J.F. Sigrist, C. Lainé, B. Auvity, H. Peerhossaini, Fluid Forces on a Moving Body at Low Amplitude in Fluid at Rest, Part 2: Analytical and Numerical Study for An Accelerated Circular Cylinder. Pressure Vessel and Piping, Vancouver, 25–28 July, 2006
C. Leblond, J.F. Sigrist, C. Lainé, B. Auvity, H. Peerhossaini, A Review of Fluid Forces Induced by A Circular Cylinder Oscillating at Low Amplitude and High Frequency in Cylindrical Confinement, Pressure Vessel and Piping, Vancouver, 25–28 July, 2006
C. Leblond, J.F. Sigrist, C. Lainé, B. Auvity, H. Peerhossaini, Fluid Forces on a circular Cylinder Moving Transversely in Cylindrical Confinement: Extension of the Fritz Model to Larger Amplitude Motions. Pressure Vessel and Piping, Vancouver, 25–28 July, 2006
Piperno, S., Explicit-Implicit Fluid-Structure Staggered Procedures with a Structural Predictor and Fluid Subcycling for 2D Inviscid Aeroelastic Simulations, Int. J. Numerical Methods in Fluids 25 (1997) 1207–1226 3.0.CO;2-R>CrossRef
Schäfer, M., Teschauer, I., Numerical Simulation of Coupled Fluid-Solid Problems, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 190 (2001) 3645–3667 CrossRef
J.F. Sigrist, Modal Analysis of Industrial Fluid-Structure Systems with Symmetric Formulations in a Finite Element Code, Revue Européenne de Mécanique Numérique, 2006, soumis
J.F. Sigrist, S. Garreau, Modal Analysis of Fluid-Structure Interaction Problems with Pressure-Based Fluid Finite Elements for Industrial Applications, Finite Element in Analysis and Design, 2006, soumis
J.F. Sigrist, S. Garreau, Dynamic Analysis of Fluid-Structure Interaction Problems with Modal Methods Using Pressure-Based Fluid Finite Elements, Finite Element in Analysis and Design, 2006, soumis
J.F. Sigrist, Symmetric and Non-Symmetric Formulations for Fluid-Structure Interaction Problems: Reference Test Cases for Numerical Developments in a Commercial Finite Element Code. Pressure Vessel and Piping, Vancouver, 25–28 July 2006
F. Axisa, Interactions fluide structure, Hermès, 2001
J.F. Sigrist, Modélisation et simulation numérique d'un problème couplé fluide/structure non-linéaire. Application au dimensionnement de structures nucléaires de propulsion navale, Thèse de Doctorat, École Centrale de Nantes, 2004
D.G. Ashwell, R.H. Gallagher, Finite elements for thin shells and curved members, Wiley & Sons, 1976
M. Mokhtari, A. Mesbah, Apprendre et maîtriser MATLAB, Springer, Verlag, 1997
G.H. Golub, C.F. Van Loan, Matrix computation, Johns Hopkins University Press, 1984
E. Schmidt, Properties of Water and Steam in SI-Units, 0–800 °C, 0–1000 bar, Springer-Verlag, 1981
Morand, H., Ohayon, R., Substructure variational analysis of the vibrations of coupled fluid-structure systems. finite element results, Int. J. Numerical Methods in Engineering 14 (1979) 741–755 CrossRef
Newmark, M.N., A method of computation for structural dynamics, J. Engineering Mechanics Division 85 (1954) 67–94
C. Lalanne, Vibrations et chocs mécaniques, Hermès, 1999
J.F. Sigrist, D. Broc, C. Lainé, Seismic analysis of a nuclear reactor with fluid-structure interaction, Pressure Vessel and Piping, Denver, 17–22 July 2005
J.F. Sigrist, D. Broc, C. Lainé, F. Axisa, Seismic analysis of a nuclear reactor with fluid-structure interaction, Part I: Added Mass and Added Stiffness Effects, J. Fluids and Structures, 2006, soumis