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Concept
Interaction fluide-structure
Résumé
L'interaction fluide-structure ou IFS (en anglais, fluid–structure interaction ou FSI) concerne l'étude du comportement d'un solide immergé dans un fluide, dont la réponse peut être fortement affectée de par l'action du fluide. L'étude de ce type d'interaction est motivée par le fait que les phénomènes résultants sont parfois catastrophiques pour les structures mécaniques ou constituent dans la majorité des cas un facteur dimensionnant important.
Le fluide , caractérisé par son champ de vitesse et de pression, exerce des forces aérodynamiques (forces de pression) sur la surface mouillée du solide qui se déplace et/ou se déforme sous leur action.
Le déplacement et/ou la déformation du solide affecte, au moins localement, le champ de l'écoulement et par conséquent la direction et l'intensité des charges aérodynamiques : ce cycle des interactions entre le fluide et le solide est caractéristique du couplage entre les deux milieux. La nature de ce couplage dépend des systèmes et dans certains cas on peut ne considérer que l'action du fluide sur le solide (ou l'inverse), auquel cas on parle de couplage faible. Dans le cas contraire, la boucle de rétroaction possède une action significative et le couplage est dit fort, ce qui se traduit par le fait que la modification d’un seul des paramètres ou ) déstabilise le cycle entier qui doit converger vers un nouvel état d’équilibre.
Les phénomènes d'interaction fluide-structure sont courants et sont parfois à l'origine du fonctionnement de certains systèmes, ou au contraire manifestent un dysfonctionnement. Ainsi l'écoulement traversant une hélice, ou l'action du vent sur une voile de bateau permettent de propulser un système, mais les vibrations produites par l'écoulement sont aussi une source potentielle de dégâts. Ce type de vibrations apparaît notamment sur les ailes d'avions, dans les faisceaux de tubes cylindriques tels que ceux rencontrés dans les générateurs de vapeur nucléaires, ou encore sur les câbles d'amarrage des plates-formes pétrolières en mer.
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