Development and adaptation of the Composite Rigid Body Algorithm and the Weak-Scatterer approach in view of modeling of marine operations
Résumé
The simulation of marine operations, in particular of lifting or lowering operations, requires the modeling of the whole system (ship, cable and payload) along with a theory of multibody dynamics, an appropriate hydrodynamic theory and cable’s modeling. This paper presents a new approach to achieve this type of simulation based on a coupling between a multibody theory and a hydrodynamic one. The multibody theory uses a robotics formalism and a direct dynamic algorithm based on recursive techniques for kinematic trees to solve the Newton-Euler equations. The cable modeling is based on the same multibody approach. There is neither bending nor torsion effect. This model is compared to the classical lumped mass theory. Hydrodynamic loads are computed using a weakly nonlinear potential flow solver based on the weak-scatterer hypothesis. This approximation assumes the perturbation component of the fluid velocity potential is small compared to the incident one and the free surface boundary conditions are linearized with respect to the incident wave elevation. This solver is coupled with the mechanical one in order to perform the simulation. This new strategy to manage the coupling is presented in this paper.
La simulation des opérations marines, en particulier des opérations de remontée ou de descente de colis, nécessite l'utilisation d'une théorie de dynamique multicorps pour les différents corps mis en jeu (bateau, câble et colis), d'une théorie hydrodynamique consistante et d'une modélisation des câbles. Ce papier présente une nouvelle approche pour simuler ce type d'opération basée sur le couplage entre une théorie multicorps et une théorie hydrodynamique. La théorie multicorps utilise un formalisme issu de la robotique et un algorithme de dynamique directe adapté aux arbres cinématiques pour résoudre les équations de Newton-Euler. La modélisation des câbles suit le même procédé. La flexion et la torsion dans le câble ne sont pas prises en compte. Cette approche multicorps est comparée à la théorie câble dite « lumped mass ». Les efforts hydrodynamiques sont calculés en supposant un fluide parfait et en faisant une hypothèse de type « weak-scatterer ». Cette hypothèse suppose que la composante perturbée du potentiel de vitesse du fluide est petite devant sa composante incidente et que les conditions limites de surface libre sont linéarisées par rapport à l'élévation de la surface libre incidente. Cet outil est couplé au solveur mécanique. Cette nouvelle stratégie de couplage est présentée dans ce papier.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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