Numerical study of dynamic relaxation methods and contribution to the modelling of inflatable lifejackets
Etude numérique des méthodes de relaxation dynamique et contribution à la modélisation des gilets de sauvetage gonflables
Résumé
Dynamic relaxation (DR) is a numerical method introduced in 1965 by A.S. Day in the book "The Engineer". From 1983, with the works presented by P. Underwood, it became more and more used. Since then, many applications were found, and several authors presented different improvements on the method in order to optimize the calculations. Nowadays, its use is widely spread in fields as structural dynamics (particularly in form-finding), geomechanics or biomechanics. When using DR in numerical simulations, researchers followed two different paths in the choice of a damping strategy for the oscillations: some used DR combined with a viscous damping and others used DR combined with kinetic damping. However, it is difficult to find comparisons between both methods to help deciding whether one is better than the other for a particular application. Focused in the field of form-finding of thin structures, the main objective of this thesis is to make a contribution to the development of DR methods and a review of the existing DR methods in order to compare them. Therefore, a scientific paper is presented in this thesis comparing different DR methods with both kinetic and viscous damping in the case of form-finding of inflatable structures. Also, another paper is detailed where an extension for the DR method with kinetic damping is proposed. Then, as an application for the studied DR methods, a contribution to the modelling of inflatable lifejackets will be presented. The aim of this part of the work is to present some contributions to the creation of a numerical tool permitting to test the functioning of an inflatable lifejacket by means of Finite Elements calculations. This work covers the creation of a parameterized mannequin, a rough characterization of the involved technic textile, improvements in the numerical simulation of the inflation of the lifejacket using the DR method, and also a fist approach to the water dynamics and contact mechanics that will be involved in the final simulation.
La Relaxation Dynamique (RD) est une méthode numérique présentée en 1965 par A.S. Day dans l'ouvrage "The Engineer". Depuis 1983, avec les travaux présentés par P. Underwood, la méthode est de plus en plus utilisée. Depuis ces travaux fondateurs, la méthode de RD a trouvé de nombreuses applications, et plusieurs auteurs ont introduit différentes améliorations de la méthode en cherchant l'optimisation des calculs. Désormais, son utilisation s'est largement étendue aux domaines tels que la dynamique des structures (particulièrement la recherche de forme), la geomécanique ou la biomécanique. Dans le cadre de l'utilisation de la RD les chercheurs ont suivi deux chemins différents pour le choix d'une stratégie d'amortissement des oscillations: certains ont utilisé la RD combinée avec un amortissement visqueux et d'autres ont utilisé la RD combinée avec un amortissement cinétique. Néanmoins, très peu de comparaisons entre ces deux méthodes ont été exposées ayant par but d'aider à choisir l'une ou l'autre pour une application en particulier. Focalisés dans la recherche de forme de structures minces, le principal objectif de cette thèse est d'apporter une contribution au développement des méthodes de RD parallèlement à une revue des méthodes existantes en vue de les comparer. Un premier article scientifique est ainsi détaillé dans ce travail en comparant les différentes méthodes de RD avec les deux types d'amortissement, cinétique et visqueux, pour le cas particulier de la recherche de forme de structures gonflables. Puis un second papier est décrit, où une extension pour la méthode de RD avec amortissement cinétique est proposée. En tant qu'application des méthodes de RD étudiées, une contribution à la modélisation des gilets de sauvetage gonflables est exposée. Le but de cette partie de la thèse est d'introduire quelques contributions à la création d'un outil numérique permettant de tester le fonctionnement d'un gilet de sauvetage gonflable en situation en utilisant la méthode des Eléments Finis. Ce travail comprend la création d'un mannequin paramétré, une caractérisation grossière du textile technique impliqué, des améliorations concernant la simulation numérique du gonflage du gilet en utilisant la méthode de RD, et finalement une première approche à la dynamique de l'eau et la mécanique du contact qui seront présents dans la simulation globale.
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