Modélisation 2D de l impact d une structure sur l eau (Initiation de l endommagement)

Abstract

Le travail réalisé au cours de cette thèse a porté sur la modélisation de impact d un corps 2D sur une surface fluide, ainsi que l apparition de son endommagement (au sens rupture macroscopique) associé. Une des applications visées est la modélisation des efforts de tossage (slamming) s exerçant sur la partie avant d un bâtiment de surface sous conditions de mer sévéres. Les contraintes et déformations fluctuantes, engendrées sur la carène du navire, peuvent provoquer une dégradation mécanique prématurée par fatigue. Les travaux principaux ont consisté à développer puis valider un outil numérique (lmpact++ ABAQUS) permettant l étude de l interaction fluide-structure lors du contact violent entre un corps à géométrie simple (structures 2D planes et axisymétriques à section simple [diédre et cône] ou complexe [géométrie variable de la génératrice- cylindre, sphère, paraboloïde de révolution, ellipsoïde de révolution, etc]) et une surface libre d eau. Cette approche a pris en compte les déformations de la structure lors de la détermination de l écoulement du fluide et réciproquement. Au final, notre outil numérique s appuie sur le code éléments finis industriel ABAQUS et permet de calculer les états de contraintes, de déformations, les énergies et les efforts globaux pour une structure solide 2D impactant un fluide. Le second objectif de l étude était, en vue d un dimensionnement des coques navales, d apporter une représentation quantitative et qualitative de l amorçage du dommage d une structure métallique, et plus précisément de pouvoir prédire, lors de ces impacts répétés avec l eau, l instant et l endroit d apparition de l endommagement microscopique (au sens rupture). Nous avons choisi de représenter ces phénomènes par des conditions de perte d unicité de la solution en vitesse (bifurcation) dans léquilibre mécanique du solide déformable.The research work in this thesis covers the modeling of the impact of a 2D body with water and the subsequent appearance of macroscopic fractures. The main application is the modeling of the slamming forces acting on the ship structure in severe sea conditions. The time-dependent stresses and strains on a ship hull can provoke a premature mechanical failure due to fatigue. The main work consists in the development and validation of a numerical tool (lmpact++ ABAQUS) simulating the fluid-structure interaction during the violent impact of a body of a simple geometry (wedge, cone, cylinder, sphere, axisymmetric parabolic body, ellipsoid, etc) on a free water surface. This approach considers the effect of the deformation of the structure on the flow and vive versa. The numerical tool is based on the commercial finite element code ASAQUS and permits to calculate thee stresses and deformations, energies and the global forces for a 2D solid structure inipacting a fluid. In view of the long-term goal of aiding structural design of ships, the second objective was to bring a quantitative and qualitative representation of the beginning of the damage of a metallic structure impacting water, namely to predict the time and location of fracture initiation due to repeated slamming impacts. These phenomena are modeled here by a bifurcation of the solution for the velocity in the mechanical equilibrium equation for the deformable body.BREST-BU Droit-Sciences-Sports (290192103) / SudocSudocFranceF