Flow-gamis : Interaction de structures pliées et coupées avec un écoulement - École polytechnique Access content directly
Theses Year : 2023

Flow-gamis : Interaction of folds and cuts with a flow

Flow-gamis : Interaction de structures pliées et coupées avec un écoulement

Tom Marzin
  • Function : Author
  • PersonId : 1350324
  • IdRef : 275603423

Abstract

A flexible and slender structure deforms in a fluid flow, adapting its morphology to its environment. This gives it better resistance in a fluctuating flow, in particular by reducing its drag. These passive deformations can also play a functional role, to improve aerodynamic performance. To fulfill this role, one must nevertheless be able to program its mechanical response. So far, the literature has mainly focused on the interaction with the flow of slender structures deforming in bending, varying their stiffness and geometry. In this PhD, we take advantage of another programmable morphing technique inspired by origami folding art and kirigami cutting art.The introduction of folds and cuts on a thin plate allows complex 3D shape changes and modifies its mechanical properties, which will affect its behavior in a flow. We study experimentally the effect of such a substructure on the deformation and the fluid forces, by systematically varying the pattern of cuts or folds. These experimental studies are combined with the development of theoretical models that allow a better understanding of the underlying mechanisms. We show that the deformation results from a competition between the fluid loading (which evolves with the deformation) and the structural rigidity which is conditioned by the crease/cut arrangement. By spatially varying these patterns, it is thus possible to modulate the shapes and forces generated by a flow, thus offering a rich control lever
Une structure souple et élancée se déforme dans un écoulement fluide, adaptant sa morphologie à son environnement. Cela lui confère une meilleure résistance dans un écoulement fluctuant, via le processus de réduction de traînée. Les déformations passives induites par le fluide en mouvement peuvent également jouer un rôle fonctionnel, pour améliorer les performances aérodynamiques ou comme levier dans des problématiques de contrôle d’écoulement. Pour remplir ce rôle, il faut néanmoins être capable de programmer la réponse mécanique et prévoir les formes atteintes. Jusqu'à présent, la littérature s'est principalement concentrée sur l'interaction avec l'écoulement de structures élancées se déformant en flexion, en faisant varier leur rigidité et leur géométrie. Dans cette thèse, nous tirons parti d'une autre technique de changement de forme programmable inspirée de l'art du pliage origami et de la découpe kirigami.L'introduction de plis et de coupures sur une feuille mince permet des changements de forme 3D complexes et modifie ses propriétés mécaniques, ce qui affecte son comportement dans un écoulement. Nous étudions expérimentalement l'effet de l’ajout d’une telle sous-structure sur la déformation et les forces fluides, en faisant varier systématiquement le motif des fentes ou des plis. Ces études expérimentales sont combinées avec le développement de modèles théoriques qui permettent une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents. Nous montrons que la déformation résulte d'une compétition entre la charge fluide (qui évolue avec la déformation) et la rigidité structurelle qui est conditionnée par l'arrangement des plis/coupures. En variant spatialement ces motifs, il est ainsi possible de moduler les formes et les forces induites par un écoulement, offrant ainsi un moyen de contrôle riche et inédit
Fichier principal
Vignette du fichier
116316_MARZIN_2023_archivage.pdf (133.73 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04449849 , version 1 (09-02-2024)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04449849 , version 1

Cite

Tom Marzin. Flow-gamis : Interaction de structures pliées et coupées avec un écoulement. Mécanique [physics]. Institut Polytechnique de Paris, 2023. Français. ⟨NNT : 2023IPPAX024⟩. ⟨tel-04449849⟩
0 View
0 Download

Share

Gmail Facebook X LinkedIn More