Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels




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Mercredi 29 novembre 2017, soutenance de thèse de Yves Paquette - 14h30, Amphithéâtre K118, LEGI, site Bergès

Interaction Fluide-Structure en Érosion de Cavitation

Résumé

Lorsqu’un liquide est soumis à de fortes dépressions, des bulles de gaz et de vapeur peuvent apparaître en son sein. Ce phénomène est appelé cavitation. Ces bulles sont susceptibles d’imploser dans les zones de surpression et d’endommager les parois solides environnantes à travers la création d’écoulements violents. Dans les applications industrielles, ce phénomène d’érosion par cavitation peut réduire la durée de vie des machines hydrauliques. Dans le domaine biomédical, le phénomène d’érosion par onde de choc est utilisé pour l’ablation de tissus mous ou la destruction de calculs rénaux. Dans ce travail, à caractère numérique, nous nous intéressons à une bulle d’air isolée implosant au voisinage d’une paroi déformable sous l’effet d’une surpression générée par une onde de choc incidente. Le travail de thèse a consisté à mettre en place un couplage fluide structure pour simuler le phénomène d’implosion de la bulle dans la partie fluide et la déformation plastique engendrée dans la partie solide. Pour cela, une stratégie en deux étapes a été mise en œuvre. La première étape a consisté à construire un code fluide avec maillage mobile pour gérer le déplacement de l’interface fluide/solide. Le code développé est dérivé du modèle numérique proposé par Eric Johnsen et al. à University of Michigan dans lequel nous avons implémenté une méthode ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) permettant de passer d’une description eulérienne sur maillage fixe à une description eulérienne sur maillage mobile. La seconde étape a consisté à modéliser la déformation élasto-plastique de la partie solide au cours de l’implosion de la bulle grâce à un couplage fort du code fluide avec le logiciel CAST3M. La communication entre les deux codes utilise la bibliothèque MPI. A l’issue du couplage, nous avons été en mesure de simuler l’implosion d’une bulle d’air à proximité d’une paroi déformable. Nous avons pu calculer le niveau de déformation de la paroi solide ainsi que l’amortissement de la surpression en paroi pour plusieurs matériaux. L’outil numérique ainsi développé permettra à terme d’étudier le comportement de revêtements amortissants capables de protéger des structures industrielles de l’érosion de cavitation ou d’optimiser les effets bénéfiques des traitements par onde de choc dans les applications biomédicales.