Développement de méthodes de couplage aéro-thermo-mécanique pour la prédiction d'instabilités dans les structures aérospatiales chaudes - Laboratoire Jacques-Louis Lions Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Coupled aero-thermo-mechanical algorithms for non-linear simulations of critically hot aerospace structures

Développement de méthodes de couplage aéro-thermo-mécanique pour la prédiction d'instabilités dans les structures aérospatiales chaudes

Résumé

A partitioned approach is used to study numerically three types of coupled problems arising in aerospace engineering: aero-mechanics, aero-thermics and aero-thermo-mechanics. A coupling engine is specifically designed to handle data exchange and algorithmic control signals between structural mechanics and fluid mechanics codes. Each code runs with its own space and time discretisation, and the engine provides a toolbox to quickly develop coupling algorithms tailored to a given application.

The hydrogen-cooled nozzle extension of the Vulcain 2 rocket engine serves as a test case. The mechanical coupling is relatively straightforward due to the high contrast between stiffness of the fluid and the elasto-viscoplastic solid.
On the other hand, the thermal coupling requires the joint use of two methods, innovative in this context: an automatic coupled time-stepping, and Robin boundary conditions at the
coupled interfaces.
Both mechanical and thermal coupling methods are finally assembled to address the complete coupled problem involving three codes.
Dans cette thèse, on étudie numériquement, par la méthode partitionnée, trois types de couplage issus du domaine aérospatial : l'aéro-mécanique, l'aéro-thermique et l'aéro-thermo-mécanique.
Un moteur de couplage est développé pour gérer les aspects logistiques.
Outre l'indépendance spatiale et temporelle des différents codes, il permet de mettre en place rapidement un algorithme de couplage taillé sur mesure pour chaque application.

L'étude d'une tuyère du moteur Vulcain 2, refroidie par écoulement de gaz, sert de fil conducteur applicatif.
Modélisée à haute température par un comportement non-linéaire élasto-visco-plastique, la mécanique couplée est résolue par un algorithme simple.
Au contraire, la thermique se montre problématique, et nécessite l'utilisation conjointe de deux méthodes originales : un pas de temps automatique de couplage, et des conditions de raccord mixtes.
Ces deux cas sont finalement assemblés pour résoudre la question du couplage à trois codes.
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Dates et versions

tel-00359175 , version 1 (06-02-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00359175 , version 1

Citer

Jean-Didier Garaud. Développement de méthodes de couplage aéro-thermo-mécanique pour la prédiction d'instabilités dans les structures aérospatiales chaudes. Mathématiques [math]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00359175⟩
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