Modélisation des effets de boucles d'immunisation dans les navires

Modelling of degaussing coils effects in ships

• Auteur / Autrice : Fabrice Le Dorze
• Direction : Jean-Louis Coulomb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble1980-2006) - Laboratoire de magnétisme du navire (Grenoble1949-2006)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Laporte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Paul Bongiraud, François-Régis Martin-Lauzier, Gérard Meunier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Laporte, Laurent Krähenbühl

Mots clés

Mots clés libres

Sciences appliquees

Transports terrestres, maritimes. Construction navale

Navire

Magnetisme

Immunisation

Electromagnetisme

Methode element fini

Anomalie magnetique

Champ demagnetisant

Resolution probleme

Modele 3 dimensions

Methode calcul

Hysteresis

Ship

Magnetism

Immunization

Electromagnetism

Finite element method

Magnetic anomaly

Demagnetizing field

Problem solving

Three dimensional model

Computing method

Hysteresis

Résumé

"Ce mémoire présente le calcul des effets de boucles d'immunisation dans les navires par la méthode des éléments finis. Le système 'd'immunisation est constitué de circuits électriques intérieurs au navire et destinés à compenser l'anomalie magnétique générée par le bâtiment sous l'effet du champ terrestre. La difficulté rencontrée réside dans la proximité entre les circuits électriques et les tôles ferromagnétiques, n en résulte une aimantation très localisée de ces tôles, qui ne peut être correctement calculée qu'en utilisant un maillage extrêmement fin. Sans outil numérique adapté, cette modélisation se révèle donc coûteuse, voire irréalisable dans un cas réel. Une nouvelle technique, la méthode de saut ou de coupure de potentiel, est proposée pour résoudre le problème. Physiquement, l'effet u an circuit sur une tôle se traduit par une quasi-discontinuité du potentiel scalaire j réduit, inconnue principale du système et représentant la réaction du matériau ferromagnétique. Cet effet local, compte tenu de la ( disproportion entre les dimensions des tôles et les distances tôles - circuits, peut être ramené à un problème bidimensionnel et calculé par une méthode analytique ou numérique simple. Le saut de potentiel réduit ainsi calculé est imposé dans la modélisation tridimensionnelle globale comme contraint sur les noeuds des éléments finis de la tôle proches de la boucle. Les différentes validations "Amériques effectuée:: révèlent des résultats très satisfaisants sur des géométries simplifiées et prometteurs sur une géométrie complexe proche de celle d'un navire réel. Le gain en temps de calcul et en nombre d'inconnues du système est très important par rapport à une résolution s'appuyant sur un maillage très fin. Les validations expérimentales mettent en évidence la cohérence des modèles mathématiques utilisés et le comportement linéaire des matériaux sous ('effets des boucles, rendant inutile la prise en compte de l'hystérésis dans leur modélisation en général et dans le calcul des sauts de potentiel en particulier"

This thesis présent the computatior. Of degaussing coils effects in ships by die finite cléments method. The degaussing System is cornposed of electrical circuit the liull to compensate the magnelic anomaly generated by me vessel in the eanh's magnetic field. The difficuiiy is the shori distance between the coil and die ferromagnetic sheets. The magnetization of thesi sheets is sa localized that it can be correctly caleulated only by using an extrême fine mesh. Without spécial numerical tool, this modelling is expensive, and may be unrealisable in a real case. A new technique, called the reduced scalar potential jump method is proposed to solve die problem. Physically. Me coil effecton a sheet générâtes a quasi disconlinuity of die reduced scalar potential which is the mean unknown of the System and represents die reaction of die ferromagnetic material. Taking into lunt die disproportion between die sheet dimensions and die distances coil-sheet, this local effect can be considered as a bidimcnsicnal problem and calculated by a simple analytical or numerical method. The potential jump so computed is imposed in die whole diree-dimensional rnodelling as a constraint on the nodes of die sheet near die coil. The différent numerical validations reveal very satisfying results on simple geometries, and promising resulls on a complex geometry, nearer to a real ship. The gain in terms of computation time and nodes number is significant, compared to the modelling using a very fine mesh. The expérimental results reveal die reliability of die used mathematica! models and the linear behaviour of die ferromagnetic materials under me coils effect So it is useless to take die hystérésis into account in the gênerai rnodelling of degaussing coils, and especially in the calculus of die potential jumps