Étude hydroélastique globale du LNG 175k

Global hydroelastic analysis of 175k LNG ship

¹ Bureau Veritas, Neuilly sur Seine, France
e-mail: charaf.ouled-housseine@bureauveritas.com
² Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, Zagreb, Croatia
³ Hyundai Heavy Industry, Ulsan, South Korea

Résumé

L'étude de la réponse hydroélastique d'un corps nécessite la prise en compte de l'effet de la houle et celui des carènes liquides à bord (problème de ballottement dans les cuves ou sloshing), et de coupler ces deux phénomènes afin d'analyser le comportement structurel global du corps. La formulation du problème de sloshing est souvent basée sur des modèles simplifiés qui peuvent être justifiés par le fait que la masse du liquide dans les cuves est négligeable par rapport à la masse totale du corps. Néanmoins, plusieurs types de navire échappent à cette hypothèse comme les navires-citernes et les méthaniers; où il faudra considérer des modèles encore plus réalistes. Jusqu'à présent, peu de travaux ont traité cette problématique de couplage avec la prise en compte du comportement élastique des cuves [Kim K.T. et al. 2015]. Au cours des dernières années, nous avons mis en place un modèle hydroélastique basé sur le couplage de la théorie potentielle 3D (le logiciel Bureau Veritas Hydrostar) et la méthode des éléments finis 3D (Nastran) afin de prendre en compte à la fois le problème extérieur (houle) et intérieur (sloshing). A ce stade, seule l'approche potentielle linéaire est considérée et le problème est formulé dans le domaine fréquentiel. Ce modèle a été validé grâce à des comparaisons avec des cas test académiques (solutions semi-analytiques) puis utilisé pour l'étude de la réponse hydroélastique d'un méthanier. Dans un premier temps, les fréquences propres et les déformées modales seront déterminées ; ensuite la réponse linéaire du navire sera analysée afin d'évaluer le degré d'influence des carènes liquides sur la réponse hydroélastique globale et locale. D'autres modèles simplifiés seront également présentés (pour le problème intérieur) puis comparés au modèle complet proposé.

Abstract

When considering the hydroelastic response of the floating body, both external (sea) and internal fluid (liquid cargo) dynamics should be fully coupled with the structural response. Very often, the modelling of the liquid cargo is done in a simplified way which can be justified if the quantity of cargo is relatively small when compared to the total weight of the structure. However, there are several situations where this is not the case (tankers, LNG ships...) and the simplified models cannot be used anymore. Until now, only a few number of research works [Kim K.T. et al. 2015] have studied this problem considering tanks elastic behavior. During the last few years, we have been developing the fully coupled hydroelastic model which consistently takes into account the internal and external coupling. The model is based on coupling the 3D potential flow hydrodynamic model (Bureau Veritas tool Hydrostar) and the 3D FE structural model (Nastran). For the time being the linear case only is considered and the problem is formulated in frequency domain. This model has been validated for some simplified configurations and we apply it here to a real practical case of 175K LNG ship.

First the wet natural frequencies and mode shapes are evaluated and after that the linear springing response is investigated. The main objective of the investigations is to assess the influence of the internal liquid on global hydroelastic behaviour both from global (hull girder) and local (structural details) points of view. In addition some simplified models are also applied and the results are compared with the fully consistent model.