Soutenance de thèse de LEROGERON Hippolyte
Titre de thèse
Simulation numérique d'interaction fluide-structure au moyen d'une méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) : application aux phénomènes transitoires rapides entrainant des défaillances structurelles
Numerical simulation of fluid-structure interaction using a
Lattice Boltzmann Method (LBM): application to fast transient dynamics leading to structural failure
Résumé de la thèse
Cette thèse porte sur la simulation numérique de phénomènes transitoires rapides impliquant des interactions fluide-structure, au travers de méthodes de calcul avancées.
L'objectif principal est d'améliorer l'efficacité des calculs en environnement parallèle en intégrant une méthode de Boltzmann sur réseau au sein d'un solveur fluide-structure partitionné.
Dans ce cadre, une méthode de frontières immergées existante est étendue aux régimes d'écoulements compressibles afin de traiter efficacement des géométries complexes et en mouvement. La dynamique de la structure est résolue par une méthode éléments finis.
Une attention particulière est portée au traitement des différentes échelles en temps et en espace liées respectivement aux domaines fluide et solide, en visant une résolution optimale de chaque sous-système.
La précision et la performance de l'approche proposée sont validées au travers d'une série de cas-tests de complexité croissante, montrant une concordance forte avec les résultats expérimentaux et numériques existants.
Enfin, des simulations à grande échelle impliquant la fragmentation de structures sont réalisées afin de démontrer la robustesse et la capacité de passage à l'échelle pour des applications pratiques de la méthode proposée.
Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour la simulation des interactions fluide-structure induites par des explosions, ouvrant la voie à des prédictions plus rapides et plus détaillées.
Thesis resume
This PhD thesis investigates the numerical simulation of fast transient events involving fluid-structure interactions using advanced computational methods.
The primary goal is to improve computational efficiency in parallel environments by integrating a Lattice Boltzmann Method within a partitioned fluid-structure coupling solver.
In this scope, an existing immersed boundary method is extended to compressible flow regimes in order to handle complex and moving geometries efficiently. Structural dynamics is resolved using a finite element solver.
Special attention is given to the treatment of multiple scales in space and time related respectively to fluid and solid domain, enabling optimal resolution of each subsystem.
The accuracy and performance of the proposed approach are validated through a series of test cases of increasing complexity, showing strong agreement with experimental results and existing numerical results. Finally, large-scale simulations involving structural fragmentation are realized to demonstrate the method's robustness and scalability for practical applications.
These results offer new perspectives for the simulation of explosion-induced fluid-structure interactions, paving the way to faster and more detailed predictions.