Quatre-vingt-dix pour cent du commerce mondial se fait par mer et plus de 4 000 milliards de dollars de fret sont transportés chaque année sur de grands porte-conteneurs. Alors que la navigation commerciale continue de renforcer notre économie, les architectes navals sont confrontés à un phénomène naturel sur les porte-conteneurs précédemment observé sur les petits bateaux de pêche :un mouvement de roulis de grande amplitude.

Le mouvement de roulis de grande amplitude rend les grands porte-conteneurs extrêmement instables et vulnérables aux accidents d'équipage et de fret, panne de machine, dommages structurels et éventuellement un chavirement.

Le roulis de grande amplitude dû à l'excitation paramétrique se produit lorsque la longueur de la vague est comparable à la longueur du navire, ce qui entraîne des variations particulièrement prononcées de la stabilité du navire lorsqu'il navigue dans une mer agitée. Le navire est alternativement poussé d'un côté à l'autre, et—en quelques cycles seulement, des vagues élevées avec des angles de roulement de plus de 35 degrés se forment, ce qui les rend dangereuses pour l'équipage et la cargaison.

"Le mouvement d'un navire ou d'une structure offshore dans les vagues a toujours été un problème fascinant pour l'architecte naval, " a déclaré le Dr Jeffrey Falzarano, professeur au nouveau département d'ingénierie océanique de la Texas A&M University.

Falzarano, un architecte naval de formation étudie le phénomène du roulis et du chavirement des bateaux de pêche depuis ses études supérieures.

« Mouvement de roulis paramétrique de grande amplitude des porte-conteneurs dans les mers de tête où les vagues s'opposent directement au cours d'un navire, cependant, est un problème relativement nouveau, " Il a dit. " Cela a posé de graves problèmes de stabilité du navire. "

Falzarano, avec l'ancien étudiant Dr Amitava Guha et les étudiants diplômés Dr Abhilash Somayajula et Yujie Liu, a développé la suite Marine Dynamics Laboratory (MDL), une série de logiciels qui prédisent la probabilité d'un mouvement de roulement de grande amplitude. Réduire la probabilité d'un accident causé par le roulis est considéré comme une approche plus efficace que d'en atténuer les conséquences. Soutenu par le programme Environmental Ship Motion Forecasting de l'Office of Naval Research, le groupe aide à développer les outils de prédiction de mouvement de roulis de nouvelle génération pour les architectes navals.

« Une grande partie des critères de stabilité pour la conception des navires ne tient actuellement pas compte des mouvements dynamiques du navire, " a déclaré Somayajula. " Les anciens critères supposent que les eaux sont calmes et nous avons donc besoin d'un nouvel ensemble de règles de stabilité de nouvelle génération basées sur la réponse dynamique du navire dans des vagues réalistes. "

Selon les chercheurs, La conception et l'exploitation nouvelles et améliorées des porte-conteneurs peuvent réduire efficacement la probabilité qu'un mouvement de roulis de grande amplitude se produise.

Falzarano et Guha ont développé MDL HydroD, un outil dans le domaine fréquentiel qui analyse les interactions des ondes et des structures. Le programme logiciel est un code de panneau tridimensionnel qui calcule les charges des vagues de premier et de second ordre et la réponse au mouvement à vitesse nulle et vers l'avant en eau profonde et peu profonde.

Falzarano et Somayajula ont développé le travail de Guha pour développer SIMDYN, un outil du domaine temporel qui utilise les résultats du domaine fréquentiel de MDL HydroD. Le logiciel analyse des modèles précis du mouvement du navire dans des vagues aléatoires. SIMDYN considère des concepts tels que l'hydrostatique non linéaire, forces non linéaires de Froude Krylov et amortissement en roulis calculé pour simuler les mouvements non linéaires et aléatoires du navire. Somayajula applique actuellement cet outil pour analyser le roulis paramétrique des navires dans des mers irrégulières et résoudre le problème de l'optimisation de la conception des navires pour plus de sécurité, navires plus stables et plus efficaces.

Les recherches de Falzarano et Liu étendent le programme MDL HydroD de Guha pour prendre en compte plusieurs navires. Il est conçu pour évaluer avec précision les réponses hydrodynamiques de plusieurs flotteurs en tenant compte des charges de vagues de premier et de second ordre entre plusieurs navires, déchargement côte à côte et analyse de l'élévation des vagues entre les navires.

"Il y a une énorme quantité d'interaction entre plusieurs navires de tailles différentes en raison de l'écart entre eux, ", a déclaré Falzarano. "Ce n'est pas bien prédit dans les modèles et nous devons analyser les données expérimentales pour améliorer la prédiction."

Les chercheurs disent, ce logiciel de flux potentiel répond au besoin d'un outil fiable à la recherche de solutions pratiques et rentables dans les applications de la technologie offshore. Il y a un intérêt croissant à comprendre comment ils vont interagir les uns avec les autres et à rechercher un plan fiable et économiquement efficace.

Pour prédire avec précision le mouvement de roulement, Falzarano et son équipe ont analysé les données d'essai du modèle tirées des expériences menées sur le R/V Melville, un navire de recherche océanographique polyvalent exploité par la Scripps Institution of Oceanography de l'Université de Californie à San Diego.

Les chercheurs étendent actuellement la suite de logiciels MDL pour étudier la résistance aux ondes stationnaires dans un navire. La méthode du flux potentiel est connue pour son efficacité et peut être utilisée comme première sélection pour identifier des candidats prometteurs. Ces candidats peuvent ensuite être analysés plus avant à l'aide de techniques plus sophistiquées telles que la dynamique des fluides numérique ou les tests de modèles. Cela permet l'utilisation séquentielle de ces approches afin d'optimiser simultanément les formes de coque pour les mouvements et la résistance des vagues.

Leur prochaine étape consiste à utiliser la suite MDL pour étudier d'autres problèmes importants tels que les éoliennes flottantes offshore et le chargement des vagues non linéaires.