Essais d’impacts hydrodynamiques

Ce paragraphe présente succinctement le dispositif et protocole expérimental, les maquettes étudiées et quelques aspects sur la répétabilité des essais.Ces essais ont été réalisés à l’aide de la machine de choc de l’ENSIETA. Celle-ci permet d’effectuer des essais d’impact sur eau et sur structure. On peut voir sur la figure 4.1 les différents éléments constitutifs du dispositif d’essai. Lors des essais d’impact sur eau, le bassin, visible en arrière plan, est placé sous la machine et est rempli d’eau. Pour avoir une idée de la taille du dispositif, nous noterons que les dimensions du bassin sont longeur × largeur × hauteur = 3 m × 2 m × 2 m.- Un dispositif électrique (non visible sur la photo) mesure la résistance électrique entre la maquette et une plaque de cuivre placée au fond du bassin. Cela permet de détecter le moment de premier contact entre la maquette et l’eau, car à cet instant la résistance mesurée chute subitement. Les principaux intérêts de cette machine sont de pouvoir contrôler la vitesse d’im- pact durant l’essai, d’effectuer des essais à grande vitesse et de mettre en oeuvre des efforts importants (voir tableau 4.1). La figure 4.3 montre un exemple d’enregis-trement de la vitesse au cours de l’impact d’un cône d’angle 30° pour une consigne de vitesse de 20 m/s. On peut voir que les variations de vitesse sont largement in- férieures à 5% durant l’impact. Ces faibles variations de vitesse peuvent toutefois entraîner des efforts inertiels non négligeables du fait de la masse de la maquette (15 à 20 kg). La mesure de l’accélération permet de corriger les effets inertiels en soustrayant l’effort inertiel (Finertiel) de l’effort total mesuré (Ftotal). L’effort hydro- dynamique (Fhyd) est donc obtenu de la façon suivante.

Cette maquette représente une pyramide à base carrée d’angle 15°. On peut voir sur la figure 4.8 que les arêtes de la pyramide sont orientées dans les directions 0° et 90°. Ce choix a été fait car il devrait permettre à l’avenir une installation plus facile de capteurs de pression Tekscan. Ces derniers se présentent sous la forme d’une feuille se collant directement sur la pièce (pas de perçage nécessaire).La forme cylindre-sphère décrite par la figure 4.9 est inspirée de la forme étudiée par Faltinsen et Chezhian (2005). Cette forme est composée d’une partie centrale en forme de cylindre circulaire et d’extrémités en forme de demi-calotte sphérique. Malheureusement, à cause de problèmes d’indisponibilité de la machine de choc, il n’a pas été possible de tester cette maquette jusqu’à aujourd’hui. Cette forme a néanmoins été étudiée au travers de simulations numériques.Lors des campagnes expérimentales précédentes, il a été observé que le contrôle de la vitesse durant l’essai conduisait à une très bonne répétabilité des essais. La répétabilité des essais et l’analyse de l’erreur ont été étudiées en détail par Nême et El Malki Alaoui (2009) dans le cas d’essais sur des cônes avec différents angles de relèvement. Nous présentons dans ce paragraphe une synthèse des phénomènes observés au cours des différents essais. Afin de comparer les essais à différentes vitesses d’impact, l’effort hydrodynamique est adimensionnalisé en introduisant le coefficient de slamming .

où Fz représente l’effort vertical d’impact hydrodynamique et Smax représente l’aire de la surface projetée de la maquette étudiée. Par exemple, dans le cas de la maquette du paraboloïde elliptique dont le dessin de définition est présenté à la figure 4.6, la surface projetée est un disque elliptique d’aire Smax = π × 0, 16 × 0, 265 m2.L’ensemble des essais réalisés vise à valider l’estimation des efforts d’impacts hydrodynamiques sur des pièces rigides et à vitesse constante. La campagne d’essais a montré que toutes les maquettes étudiées ne se comportaient pas de la même ma- nière. Les maquettes dièdre-cône et pyramide conduisent à des résultats très prochesquelle que soit la vitesse d’impact considérée alors que pour les maquettes parabo- loïde elliptique et forme triconique, la courbe Cs-H mesurée n’est pas totalement indépendante de la vitesse d’impact.Considérons tout d’abord le cas de la maquette dièdre-cône. La figure 4.10 pré- sente deux séries de mesures de l’effort hydrodynamique pour deux vitesses d’impact différentes. On peut voir qu’il n’y a que très peu de dispersion entre les six essais considérés et que la vitesse d’impact n’a pas d’influence sensible.