Modélisation numérique du comportement hydroélastique des navires sur houle non linéaire

Numerical modeling of ships hydroelastic behaviour in non linear waves

• Auteur / Autrice : Marie Robert
• Direction : Pierre Ferrand, Antoine Ducoin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Jacques-André Astolfi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Ferrand, Antoine Ducoin, Jacques-André Astolfi, Bettar Ould El Moctar, Bernard Molin, Hervé Le Sourne, Charles Monroy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques-André Astolfi, Bettar Ould El Moctar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance à l'avancement (hydrodynamique)

Interaction fluide-structure

Architecture navale

Hydroélasticité

Mots clés libres

Hydroélasticité

Couplage

IFS

RANSE

Houle non linéaire

Résistance à l'avancement

Springing

Poutre

Approche modale

Hydroelasticity

Coupling

FSI

RANSE

Nonlinear wave

Ship resistance

Springing

Beam model

Modal approach

Résumé

Avec l’accroissement de la taille des navires marchands de type porte-conteneurs, les interactions entre la réponse de tenue à la mer classique et la réponse structurelle sont de plus en plus présentes. Les fréquences propres de réponse structurelle de la poutre navire se rapprochent des fréquences de houle océaniques. La modélisation des interactions houlestructure devient un enjeu clé dans les étapes de design par les architectes et de validation par les sociétés de classification. Dans ce contexte, on se propose de développer un nouvel outil d’interaction fluide-structure associant une modélisation RANSE de l’écoulement en différences finies sous ICARE-SWENSE, code développé conjointement par le LHEEA et la société HydrOcéan, et un modèle de poutre analytique, le tout dans le cadre d’une approche modale. Grâce à l’emploi d’une formulation simple pour le traitement de la structure, l’outil de couplage hydroélastique sur houle hérite des propriétés de tolérance aux grands pas de temps d’ICARE-SWENSE, tout en prenant en compte les effets hydrodynamiques non linéaires. Les résultats présentés sur des cas de barge en diffraction et en radiation suivant les modes de déformation élastique permettent de valider les premières étapes de la mise en place du couplage. Une attention particulière est portée sur les seuils d’apparition des non linéarités de l’écoulement et leur impact sur la réponse structurelle. Une première implémentation est proposée pour la résolution du modèle libre des modes élastiques. Des études paramétriques de résistance ajoutée sur houle régulière et bichromatique viennent compléter les travaux dans la perspective de futurs calculs sur houle irrégulière.

The increase of large ships dimensions shifts their structural natural frequencies towards common wave frequencies, inducing more interactions between the classic seakeeping response and the structural response. Accurate modeling of wavestructure interactions becomes a key issue for architects and classification societies during the design of a ship. In this respect, a new numerical tool for fluidstructure interaction is developed, combining a finite difference RANSE description of the fluid domain with ICARE-SWENSE and an analytic beam model, within a modal approach. Thanks to the use of a simple formulation for the structure part, the tool inherits ICARE-SWENSE tolerance properties with regard to large time steps, while still taking into account hydrodynamic nonlinear effects. Results presented for a flexible barge in diffraction and radiation according to flexible modes validate the first steps of the coupling procedure. Special consideration is given to hydrodynamic non linearities threshold and their impact on the structural response. A first implementation is shown for the resolution of the equation of motion for the elastic degrees of freedom. Parametric studies on ship resistance in both regular and bichromatic waves are included as a stepping stone towards future simulations of ship hydroelasticity in irregular waves.