Études numériques et expérimentales des impacts hydrodynamiques primaires et secondaires lors du tossage de sections de carènes

Numerical and experimental studies of primary and secondary hydrodynamic impacts during ship sections slamming

• Auteur / Autrice : Yann Richard
• Direction : Nicolas Georges Marcel Jacques
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 07/01/2021
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Président / Présidente : Elie Rivoalen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Gabillet, Yves-Marie Scolan, Aboulghit El Malki Alaoui, Nicolas Herel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mhamed Souli, Stéphane Abadie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Essais (technologie)

Choc (mécanique)

Instabilités hydrodynamiques

Interaction fluide-structure

Dynamique des fluides

Impact

Navires -- Hydrodynamique

Mots clés libres

Impacts secondaires

Écoulements fluides

Simulations numériques

Essais dynamiques

Chargements hydrodynamiques

Interactions fluide-structure

Abaqus

Secondary impacts

Fluid flows

Numerical simulations

Dynamic tests

Hydrodynamic loads

Fluid-structure interactions

Abaqus

Résumé

Ces travaux portent sur la modélisation et l'étude des phénomènes de séparation d'écoulement et d'impact hydrodynamique secondaire qui peuvent se produire lors du tossage des navires. Un impact hydrodynamique correspond à un choc entre un liquide et un solide. Il s'agit d'un phénomène très courant dans la nature et qui constitue une problématique dans de nombreux domaines industriels, notamment l'ingénierie navale et offshore. L'objectif principal de ces travaux est l'étude des impacts secondaires, c'est à dire des impacts ayant lieu sur les parties hautes d'une carène après séparation de l'écoulement, consécutif à l'impact primaire. Des modèles numériques 2D et 3D, utilisant la méthode VOF et une technique de couplage Euler-Lagrange ont été mis au point. Deux configurations ont été étudiées : une section de carène avec un angle de roulis et des dièdres présentant un bulbe sur leur partie inférieure. En parallèle, des essais expérimentaux ont été réalisés à l'aide d’une machine de choc hydraulique. Les comparaisons entre essais et simulations ont globalement conforté l'approche numérique. Un phénomène intéressant de pic secondaire d'effort lié à la contraction rapide des cavités d'air générées par l'impact a été mis en évidence, à la fois numériquement et expérimentalement.

This work involves modeling and studying the phenomena of flow separation and secondary hydrodynamic impact that can occur during ship slamming. A hydrodynamic impact is a shock between a liquid and a solid. This is a very common phenomenon in nature and is a problem in many industrial fields, including marine and offshore engineering. The main objective of this work is to study secondary impacts, that is to say impacts on the upper parts of a ship after flow separation, following the primary impact. 2D and 3D numerical models using the VOF method and an Euler-Lagrange coupling technique were developed. Two configurations were studied: a ship section with a roll angle and wedge with a bulb on their lower part. In parallel, experimental tests were carried out using a hydraulic impact machine. Comparisons between tests and simulations have generally supported the numerical approach. An interesting phenomenon of secondary force peak related to the rapid contraction of the air cavities generated by the impact was demonstrated, both numerically and experimentally.