a) Objectifs de l'Unité d'Enseignement
L'objectif de cette U.E est de présenter les phénomènes physiques et les principes fondamentaux régissant l'apparition d'instabilités aéroélastiques lorsqu'une structure souple, telle qu'une voilure d'avion ou une éolienne, est soumise à des excitations aérodynamiques. Ces phénomènes peuvent entraîner, en fonction des situations, une usure prématurée de la structure par fatigue ou sa ruine immédiate. La modélisation du couplage entre le fluide et la structure devient alors indispensable pour déterminer avec précision les conditions critiques d'apparition de ces instabilités ainsi que leur nature.
b) Contenu de l’Unité d’Enseignement
Partie 1 : Modélisation des instabilités aéroélastiques statiques et dynamiques
- Classification générale des interactions fluide-structure, triangle des forces de Collar
- Phénomènes de divergence, perte d'efficacité et déterminant de flottement de surfaces portantes
- Eléments d’aérodynamique instationnaire (fonctions de Theordorsen, Sears, Wagner, Kussner
- Réponse d'une structure souple aux rafales atmosphériques et à la turbulence
- Aéroélasticité nonlinéaire: bifurcations de Hopf, cycles limites, chaos
Partie 2: Simulation numérique pour les interactions fluide-structure
- Méthodes numériques de type éléments finis pour les calculs aéro-mécaniques. Application au calcul des modes propres mécaniques et aéro-élastiques, calcul de la déformation de la structure sous chargements aérodynamique stationnaire, détermination de la réponse dynamique
- Techniques numériques pour le couplage fluide-structure (approches découplée et monolithique, méthode par troncature modale, déformation de maillage, formulation ALE, pas de temps dual)
- Exemple de sujet abordés en travaux pratiques à l'aide des logiciels Castem (solveur CSD) et Code_Saturne (solveur CFD) ou Matlab: calcul de la déformée statique d'une aile souple ou d'une voile, modes propres aéro-mécaniques de pales d'éoliennes, de rotors d'hélicoptères ou de turboréacteurs. Excitation de tabliers de ponts, ou de cables sous-marin par lachers tourbillonnaires, calcul de la force auto-propulsive d'un micro-drône
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Cours de tronc commun
