Étude expérimentale sur les moments de flexion des vagues sur un modèle de porteconteneurs rigide à vitesse nulle dans des vagues régulières, irrégulières et focalisées

Experimental study on wave bending moments of a zero-speed rigid containership model in regular, irregular, and equivalent design waves

• Auteur / Autrice : Shinwoong Kim
• Direction : Pierre Ferrant, Benjamin Bouscasse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 12/01/2023
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Laurent David
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francisco Huera-Huarte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Spyros Hirdaris, Zang Jun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Porte-conteneurs

Monte-Carlo, Méthode de

Effets des vagues

Simulation par ordinateur

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Expérimentation

Modèle rigide

Moments de flexion des vagues

HOS-NWT

FORM

Experiment

Rigid model

Wave bending moments

HOS-NWT

FORM

Résumé

La thèse vise à étudier les mouvements et les chargements internes d’un modèle de porte-conteneur rigide formé de 9 segments dans des vagues extrêmes. L’étude est principalement expérimentale et est réalisée avec une maquette sans vitesse d’avance dans une houle de face et une houle oblique (-120 degrés). L’étude aboutit à des résultats soulignant l’importance de la prendre en compte les aspects non linéaires des vagues et des réponses structurelles correspondantes.Dans des conditions de mer de face, trois types de vagues sont testés. Des vagues régulières sont utilisées pour s’assurer que le modèle se comporte de manière similaire à la campagne précédente effectuée avec la même maquette. Une approche de type Monte Carlo avec un certain nombre de réalisations de 2 heures 30 de vagues irrégulières est ensuite utilisée pour construire des données de référence. Enfin, des vagues equivalentes de design (EDW) sont générées pour vérifier, en particulier, la faisabilité d’une approche EDW irrégulière appelée First Order Reliability Method (FORM). Un algorithme numérique FORM couplé avec le solveur HOSNWT est développé et validé par rapport aux résultats Monte Carlo. Les caractéristiques géométriques des signaux EDW et VBM ainsi que leurs statistiques sont étudiées. L’étude vise peut-être deux quantités. Le premier est la hauteur de crête de la vague dans un scénario de vague seule, et le second est le VBM du modèle segmenté. L’utilisation du solveur de génération d’onde non linéaire HOS-NWT, permet une validation croisée avec la mesure expérimentale car les vagues générées sont comparables. Dans la condition de vagues obliques, l’étude est limitée aux vagues régulières avec différentes cambrure de vagues afin de fournir des données de référence pour les futures études. L’effet de non-linéarité des vagues sur les moments de flexion horizontaux et verticaux des vagues avec une cambrure variable est démontré.

The present thesis aims to study the motions and the internal loads of a 9-segmented rigid containership model in extreme waves. The study is mainly experimental and is carried out on a zero-speed model in a 180-degree head sea and a -120 degree oblique sea. The study leads to results highlighting the importance of the consideration of nonlinear wave descriptions and corresponding nonlinear structural responses.In head sea conditions, three wave approaches are considered. Regular waves are used to ensure that the model behaves similar to the earlier campaign. A Monte Carlo approach with a number of full scale 2h30 irregular wave realizations is used to have reference data. Finally, irregular equivalent design waves (EDW) are studied to check, in particular, the feasibility of one irregular EDW approach called First Order Reliability Method.A numerical algorithm coupling with the HOS-NWT for the FORM EDW is developed and the validation compared to the Monte Carlo results is performed in terms of geometrical characteristics of the EDW and IW signals along with their statistics. The study targets mainly two quantities. The first is the wave crest in a wave-only scenario, and the second is the VBM of the segmented model. The use of the HOSNWT, a nonlinear wave generation solver, enables cross-validation with experimental measurement.In the oblique wave condition, the study is limited to regular waves with various wave steepness with the intent to provide reference data for future benchmark studies. The wave nonlinearity effect on the horizontal and vertical wave bending moments with varying steepness is shown.