Master’s dissertation (Dissertations and theses)
Development of a didactic SPH model
Goffin, Louis
2013
 

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Keywords :
SPH; particle method; meshfree
Abstract :
[en] The SPH method (smoothed particle hydrodynamics) is a numerical meshless, particle and Lagrangian method. It is used in a lot of fields of engineering, such as solids mechanics, hydraulics and astrophysics. The medium is represented thanks to a set of particles that have an influence on each other. First of all, the positioning of the method is discussed. The SPH method is compared to some existing numerical methods. Its advantages and drawbacks are introduced. Its particle, meshless and Lagrangian characteristics are compared to other existing methods. The basics of the method are explained through the integral representation of a function and the particle approximation. Moreover, some smoothing functions are analysed. The SPH method being Lagrangian, the Navier-Stokes equations must be written in the Lagrangian formalism. After this, the SPH method can be applied to the equations of continuity and of conservation of momentum. Some practical issues linked to the SPH method such as the neighbours search, the equations of state or the boundary conditions are discussed. Then, the practical implementation of the method and of the chosen options is explained in details. An object-oriented programming was chosen for its advantages in comparison to a classical sequential implementation. Finally, the implemented program is tested and commented. Its advantages are highlighted and its drawbacks are discussed and explained. There are a lot of test cases presented. They include some validation tests (dam breaks, particles fall, etc.), some test cases used to compare the options of the program and other tests present the possibilities of the code.
[fr] La méthode SPH (smoothed particle hydrodynamics) est une méthode numérique meshless, particulaire et Lagrangienne. Elle est utilisée dans de nombreux domaines de l’ingénierie, notamment la mécanique du solide, l’hydraulique et l’astrophysique. Le milieu est représenté par un ensemble de particules interagissant les unes avec les autres. Le positionnement de la méthode est d’abord traité. La méthode SPH est comparée aux méthodes numériques existantes. Ses avantages et inconvénients sont introduits. Ses caractéristiques Lagrangienne, meshless et particulaire sont mises en perspective par rapport aux méthodes plus classiques. Les fondements de la méthode sont expliqués en passant par les bases mathématiques de la représentation intégrale d’une fonction et l’approximation de particule. De plus, une analyse de plusieurs fonctions de lissage est menée. La méthode étant Lagrangienne, les équations de Navier-Stokes doivent être établies en Lagrangien. Ensuite, le formalisme SPH est appliqué aux équations de continuité et de conservation de la quantité de mouvement. Des problèmes pratiques liés spécifiquement à la méthode SPH sont également traités. Il s’agit de la recherche des voisins, des équations d’état, des conditions frontières, etc. Vient alors l’implémentation pratique de la méthode SPH et des options choisies. Tout cela est expliqué en détail. Une programmation orientée-object a été choisie pour les avantages qu’elle présente. Finalement, le programme implémenté est testé et commenté. Ses avantages sont mis en avant et ses faiblesses discutées et expliquées. Les cas tests présentés sont nombreux. Ils regroupent des cas de validation (rupture de barrage, chute de particules, etc.), des cas destinés à la comparaison de différentes options et des cas tests présentant les possibilités du code.
Disciplines :
Civil engineering
Author, co-author :
Goffin, Louis ;  Université de Liège - ULiège > Département ArGEnCo > HECE (Hydraulics in Environnemental and Civil Engineering)
Language :
English
Title :
Development of a didactic SPH model
Alternative titles :
[fr] Développement d'un modèle didactique basé sur la méthode numérique de "Smooth particle hydrodynamics"
Defense date :
June 2013
Number of pages :
106+51
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Master en ingénieur civil des constructions
Promotor :
Archambeau, Pierre  ;  Université de Liège - ULiège > Urban and Environmental Engineering
Pirotton, Michel ;  Université de Liège - ULiège > Urban and Environmental Engineering
Jury member :
Dewals, Benjamin  ;  Université de Liège - ULiège > Urban and Environmental Engineering
Duchene, Laurent  ;  Université de Liège - ULiège > Urban and Environmental Engineering
Mouzelard, Thibaut
Available on ORBi :
since 19 September 2013

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