Impact sur le pont mouillé d’un navire SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore

par Antoine Morvan

Thèse de doctorat en Fluides, Structures et Interactions

Sous la direction de Yves-Marie Scolan.

Soutenue le 19-02-2019

à Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) , en partenariat avec Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL (laboratoire) .

Le président du jury était Alexander Korobkin.

Le jury était composé de Nicolas Georges Marcel Jacques.

Les rapporteurs étaient Tatyana Khabakhpasheva, Mhamed Souli.


  • Résumé

    L’objectif de ces travaux de thèse de doctorat est de développer des modèles simplifiés d’impact hydrodynamique sur le pont mouillé d’un SWATH pour la maintenance des éoliennes offshore. La connaissance des chargements hydrodynamiques auxquels est soumis le pont mouillé est une étape primordiale lors de la conception de l’étrave du navire. Pour réaliser cette étude nous avons choisi une géométrie bidimensionnelle parabolique symbolisant le pont mouillé et une houle d’Airy régulière pour la surface libre. Les modèles développés reposent sur le modèle de Wagner qui permet d’obtenir des résultats pertinents pour un faible temps de calcul. Deux types de modèles d’impact ont été développés. Des modèles dits asymptotiques car ils reposent sur un développement de Taylor du profil de houle et des modèles non-asymptotiques car ils conservent la forme complète de la houle. Les distributions de pression sur le profil parabolique sont majoritairement calculées au moyen du formalisme Modified Logvinovich Model (MLM). Les résultats en termes de corrections de surface mouillée, de champs de pression et d’efforts hydrodynamiques sont comparés entre les deux types de modèles en fonction du rayon de courbure de la houle. Nous déterminons aussi quel est la configuration d’impact qui engendre les chargements hydrodynamiques dimensionnants en se basant sur des configurations de référence. Pour les modèles non-asymptotiques, la contribution de l’amplitude et de la vitesse de phase de la houle au sein des efforts hydrodynamiques est analysée. Pour les modèles asymptotiques, nous avons réalisé l’étude des variations spatiales et temporelles des champs de pression calculés avec l’équation de Bernoulli linéarisée. Nous avons aussi comparée les résultats du formalisme composite (COMP) au formalisme MLM et leurs conséquences sur les efforts hydrodynamiques d’impact. Enfin, dans le but d’avoir une base de comparaison pour ces modèles d’impact sur houle d’Airy régulière, nous avons implémenté des modèles numériques d’impact au moyen du logiciel commercial ABAQUS/CAE. Ces modèles reposent sur un couplage CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) et ont montré une bonne correspondance avec les résultats des modèles non-asymptotiques en termes d’écarts relatifs. Au sein d’un bureau d’étude, l’intégralité de ces résultats peut constituer une aide au dimensionnement du pont mouillé d’un navire SWATH.

  • Titre traduit

    Hydrodynamic loading on the wetdeck of a SWATH for the wind turbines maintenance


  • Résumé

    The aim of this PhD thesis is to develop simplified models about hydrodynamic impact (slamming) on the wet deck of a SWATH vessel for the maintenance of offshore wind turbines. The knowledge of the hydrodynamic loadings that the wet deck is subjected is an essential step in the design of the vessel’s bow. To realise this study we chose a parabolic twodimensional geometry which symbolises the wet deck and a regular Airy wave for the moving free surface. The models developed are based on the Wagner theory which provides relevant results for a low computational time. Two types of impact models have been developed. So-called asymptotic models, because they use a Taylor expansion of the wave profil and non-asymptotic models because they retain the whole shape of the wave. The pressure distributions on the parabolic shape are mainly calculated by the Modified Logvinovich Model (MLM). The results in terms of wetted corrections, pressure fields and hydrodynamic loadings are compared between the two types of models as a function of the wave radius of curvature We also determine the hydrodynamic impact arrangement which produces the highest hydrodynamic loadings by using reference configurations. For non-asymptotic models, the contribution of wave amplitude and phase velocity within hydrodynamic loadings is analysed in details. For non-asymptotic models, we made the study of the spatial and time variations of pressure fields computed with the linearized Bernoulli equation. We also compared the results of composite theory (COMP) to MLM theory and their consequences on hydrodynamic loadings. Finally, in order to get a basis of comparison for these regular Airy wave impact models, we implemented a numerical model using ABAQUS/CAE software. This model is based on a Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) coupling and show good matching with the results of non-asymptotic models in terms of relative errors. In a design office, all those results can be used to help design of the wet deck of a SWATH vessel.


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