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RÉSUMÉ
Cet article s’intéresse à la modélisation et à la simulation du comportement d’équipements embarqués à bord de navires lorsqu’ils sont soumis aux effets d’une explosion sous-marine. Il présente les principes théoriques d’une méthode polyvalente permettant de calculer efficacement (en termes numériques) et précisément (en termes physiques) leur dynamique à cette sollicitation. La méthode peut répondre à des besoins des ingénieurs de l’industrie afin de produire des données utiles à la conception de navires.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-François SIGRIST : Ingénieur - Expertise & communication scientifiques (eye-PI) –Tours – France
INTRODUCTION
Dans cet article compagnon de l’article [BM 5 206], on s’intéresse à la modélisation du comportement d’équipements embarqués à bord de navires pouvant être assujettis à des ondes de pression. Cette problématique intéresse en particulier la construction navale militaire lorsqu’il s’agit de démontrer la tenue des équipements de navires aux effets d’une explosion sous-marine distante.
Cette problématique met en jeu des phénomènes de couplage complexes, d’une part entre le fluide environnant la coque du navire et, d’autre part entre la coque elle-même et l’équipement qui lui est attaché. Il est possible de simuler la réponse de l’équipement en se fondant sur des modèles numériques élaborés, dont la construction et l’exploitation peuvent s’avérer coûteuses en temps de modélisation et de calcul. Cet article expose les principes et la validation d’une méthode de calcul originale, permettant de restituer la réponse de l’équipement en représentant la physique en jeu de façon précise, tout en ayant recours à des ressources de calcul accessibles à des ingénieurs de bureaux d’études experts de ces sujets. L’exposé s’intéresse aussi bien aux aspects théoriques que pratiques de la méthode, laquelle est, dans son principe, générale et peut concerner, moyennant certaines adaptations, des situations rencontrées en génie mécanique, dans le secteur du spatial, du génie civil, des transports, etc., par exemple pour la tenue de structures à des chocs pyrotechniques ou de manutention, ainsi qu’aux effets de séismes ou d’explosions aériennes.
Le lecteur trouvera ces références dans la rubrique « Pour en savoir plus » associée à ce dossier. Une bibliographie supplémentaire et des liens vers des sites internet lui proposent des ressources utiles afin d’approfondir ses connaissances sur le sujet.
Le lecteur trouvera également en fin d'article un tableau des notations utilisés.
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4. Conclusion
Une méthode polyvalente permettant de calculer efficacement et précisément la réponse dynamique d'équipements montés sur coque à des explosions sous-marines a été présentée. Les principes sous-jacents ont été détaillés, ainsi que diverses applications sur des situations représentatives de problèmes de chocs (pour des géométries 1D, 2D, 3D et pour des réponses linéaires et non linéaires).
La méthode proposée est basée sur le calcul de fonctions de transfert, représentant les interactions mécaniques en jeu (couplage fluide/structure et structure/structure) et permet d'accéder aux données que fournirait une simulation couplée, sans en réaliser une à chaque fois qu'un paramètre du modèle est modifié. La méthode peut donc être intéressante pour des applications industrielles, permettant de produire des données significatives pour les ingénieurs et architectes de l'industrie navale.
Le principal avantage de la méthode est sa simplicité et son adaptabilité : elle consiste à traiter des signaux provenant de simulations numériques, elle est non intrusive et peut être développée en une « boîte noire » générale et « interfacée » avec n'importe quel outil à éléments finis. Différentes utilisations sont donc possibles, par exemple :
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pour l'élaboration des spectres de réponses, il n'est pas nécessaire d'effectuer un calcul pour chaque valeur de masse et de rigidité du système ponctuel représentant l'équipement – ce qui s'avère très coûteux en termes de temps de calcul. Dans ce cas, on calcule une fois pour toutes les fonctions de transfert de la coque et la réponse de la coque seule – les calculs les plus coûteux – et on calcule analytiquement la fonction de transfert de la réponse de l'équipement ;
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pour le calcul de la réponse à différents niveaux de choc, il n'est pas nécessaire d'effectuer de nouveaux calculs couplés, seule la réponse de la coque doit être calculée (les fonctions de transfert de la coque étant disponibles au préalable) ;
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pour l'optimisation d'un équipement, il est possible de faire varier certains paramètres de conception de l'équipement et de calculer la réponse aux chocs comme dans une approche « couplée ». Dans ce cas, seule la réponse...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COLE (R.H.) - Underwater Explosions. - Princeton University Press (1948).
-
(2) - ARONS (A.B.), YENNIE (D.R.) - Energy partition in underwater explosion phenomena. - Reviews of Modern Physics, 20, p. 519-536 (1948).
-
(3) - HOLT (M.) - Underwater explosions. - Annual Review of Fluid Mechanics, 9, p. 187-214 (1977).
-
(4) - KEIL (A.H.) - The response of ships to underwater explosions. - Transaction of the Society of Naval Architechs and Marine Engineers, 69, p. 366-410 (1961).
-
(5) - OLESON (M.), BELSHEIM (R.) - Shipboard shock environment and its measurement. - Journal of the Acoustical Society of America, 60, p. 61 (1976).
-
(6) - REID (W.D.) - The Response of Surface Ship to Underwater Explosions. - Technical...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Warren D. REID, « The Response of Surface Ship to Underwater Explosions », Department of Defense/Science and Technology Organisation (DSTO), 1997.
https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA326738.pdf
Megan ECKSTEIN, « Navy conducts final blast in Ford full-ship shock trials », Defense News, 9 août 2021.
Vincent GROIZEIEAU, « Le nouveau porte-avions américain à l’épreuve des explosions sous-marines », 22 juin 2021.
Brice LOUVET, « L’US Navy déclenche une...
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1/ Quiz d'entraînement
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2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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