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Theses Year : 2013

Analytical solutions for non linear analysis of sliding structures with fluid-structure interactions under seismic loading

Solutions analytiques en dynamique non-linéaire avec couplage fluide-structure

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Romain Mege

Abstract

As the seismic loadings are increasing in accordance to the recent regulations regarding Earthquake design, the use of sliding devices in structures is becoming more common. These devices limitate the internal forces by creating a rigid body sliding. It is then necessary to estimate the global displacement of the structure, especially concerning structures that are immersed in a reservoir. In this case, the displacement must be well estimated in order to prevent impacts between the sliding structure and the boundaries of the reservoir. We can find such structures in : bridges, costal structures in brick and masonry, or in the nuclear industry with the underwater fuel storage racks, ...The governing equations for the behaviour of these structures are non linear and must be solved using time-consuming computer simulations which are not fit for a stochastic study. Our method consists in, firstly, evaluating analytically the added masses of the fluid-structure interaction, secondly, a semi-analytical solving of the governing equations including the updating of the dimensions of the fluid layers surrounding the sliding structure. The results of this new method are in accordance with the numerical simulations and can be obtained in a short time (1 or 2 seconds) which offers the possibility to make a stochastic analysis of the non linear behaviour
Avec la hausse des niveaux de dimensionnement sismique il est devenu nécessaire de limiter les chargements internes dans les structures, notamment en utilisant des dispositifs glissants. Ces dispositifs plafonnent les efforts internes en déclenchant un glissement de la structure. Il devient cependant nécessaire d'estimer l'amplitude des déplacements de corps rigide, notamment pour les structures stockées dans des réservoirs. Dans ce cas, il est nécessaire de prévenir les impacts entre la structure glissante et les bords du réservoir pour contrôler les risques de fuite. Parmi les structures glissantes immergées, on citera les ponts, les structures côtières en maçonnerie, les râteliers de stockage de combustible nucléaire, etc...Les équations de dynamique associées au comportement de ces structures sont non-linéaires et nécessitent l'utilisation de simulations numériques coûteuses en temps de calcul et ne permettant pas de faire des études de sensibilité rapides. On propose donc une méthode de résolution quasi-analytique de ces équations en traitant dans un premier temps, l'évaluation analytique des matrices de masses ajoutées du couplage fluide-structure, dans un second temps, une méthode de résolution quasi-analytique du glissement d'une structure quelconque immergée dans un fluide avec une actualisation de la géométrie de lames d'eau. Les résultats obtenus présentent une bonne adéquation avec des simulations numériques et offrent un temps de calcul quasiment instantané compatible avec une étude paramétrique ou stochastique de ces structures
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Dates and versions

pastel-00971808 , version 1 (03-04-2014)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00971808 , version 1

Cite

Romain Mege. Solutions analytiques en dynamique non-linéaire avec couplage fluide-structure. Autre. Université Paris-Est, 2013. Français. ⟨NNT : 2013PEST1126⟩. ⟨pastel-00971808⟩
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