G-MET Technologies - Maritime et Offshore - Discover our 6 specialities

Maritime et offshore

G-MET Technologies est située au cœur d’un tissu industriel riche en activités maritimes et offshore. Nous utilisons nos méthodologies de calcul pour résoudre divers problèmes typiques rencontrés dans ce secteur d’activité.

Aujourd’hui, la CFD est un outil majeur pour la construction et la conception des navires. L’utilisation de la CFD pour l’industrie de la construction navale est notamment motivée par des considérations environnementales (efficacité énergétique), certains aspects de type sécurité ou encore la performance pure. En raison de ce contexte, les applications actuelles dans le domaine industriel telles que les calculs de résistance, l’autopropulsion, les études d’optimisation d’assiette, la résistance ajoutée ou la conception de bulbes nécessitent des ressources CPU intensives et des résultats de simulations précis.

Chez G-MET Technologies, nous utilisons principalement OpenFOAM pour nos simulations CFD dans l’industrie maritime et offshore. Parce que nous voulons proposer la meilleure solution pour notre client, nous avons développé et qualifié, en interne, un solveur dédié aux écoulements diphasiques incompressibles, appelé marineFoam.

Par ailleurs, nous proposons également des études de dimensionnement structurel, notamment pour les équipements métalliques embarqués sur les navires.

marineFoam

Nous avons développé un solveur personnalisé (marineFoam) basé sur le code de la boîte à outils OpenFOAM pour les applications maritimes et navales. Par rapport au solveur standard diphasique d’OpenFOAM (interFoam), marineFoam est plus robuste et produit des résultats précis même avec un grand nombre CFL (~ 200) (par exemple pour l’évaluation de la résistance des navires). Cela nous permet d’effectuer des simulations précises en un temps plus court.

Méthodes numériques avancées et physique

Nous avons codé et développé de nombreuses fonctionnalités pour augmenter la stabilité et les capacités du code

Validation

Nous avons effectué une validation CFD intensive en utilisant les résultats des workshops internationaux: Göteborg 2010, Tokyo 2015 ou LLOYD 2016…

Nos spécificités marine et offshore

VoF

Nous utilisons la méthode Volume-of-Fluid et les schémas algébriques: HRIC, BICS, CICSAM ...

6 DoF

Nous utilisons une formulation spéciale pour les mouvements 6 DoF avec le schéma Adams/Bashfort/Moulton et la relaxation dynamique d'Atkins

Ghost Fluid Method

Nous utilisons la GFM pour la gestion des discontinuités de pression et de densité

Théorie du disque hélice

Nous avons développé des modèles de disques hélice pour simuler les systèmes propulsifs

Simulation de vagues

Nous avons intégré le package waves2foam de Niels Gjøl Jacobsen

Simulations de résistance des navires

Les simulations de résistance des navires nous permettent d’obtenir des données très pertinentes lors de la conception d’une coque. Comme par exemple sa résistance, son comportement dynamique (angle de tangage et déplacement vertical), ou encore la forme du motif des vagues.

De plus, nos méthodologies de calcul nous permettent d’offrir des délais de simulation très courts. Nous sommes en mesure de fournir à nos clients les résultats dans un délai de 24 à 48 heures. Bien sûr, nous pouvons travailler soit avec une coque à grande échelle, soit avec une maquette et pour une large gamme de nombre de Froude.

Dimensionnement structurel

Les applications de dimensionnement structurel pour le milieu maritime et offshore sont nombreuses. En effet, il peut s’agir d’étudier la tenue structurelle d’une coque de navire comme illustré sur cette vidéo ou bien d’équipements et d’appendices montés sur le navire. Les chargements mécaniques usuels sont variés (accélérations, efforts, moments, pression) en statique ou dynamique (vibrations, spectres de réponse, transitoires implicites voir explicites dans le cas de simulations de chocs ou collisions). De plus, la CFD peut également permettre de calculer des données d’entrée (champs de pression, accélérations, torseurs mécaniques) utiles pour le calculateur mécanicien, notamment lorsque les marges de dimensionnement sont faibles dû à l’emploi de chargements trop pessimistes.

Hélices et propulseurs

Des essais sur hélice à l’échelle 1 peut être complexe. La CFD est un outil attrayant pour le calcul des caractéristiques des hélices en eau libre. En effet, le choix du bon design d’hélice est crucial car cela a un impact direct sur les performances propulsives du navire (ou de l’engin sous-marin). De plus, pour évaluer les courbes de performances, l’hélice est traditionnellement placée dans un réservoir à une vitesse de rotation fixée, puis différentes vitesses d’avance sont testées. Ainsi, le coefficient de poussée, le coefficient de couple et le rendement peuvent être déterminés à l’issu des calculs en eau libre. Ces courbes peuvent être directement utilisées pour effectuer des calculs d’autopropulsion en alimentant le modèle de disque hélice.

Propagation de vagues

La mécanique des fluides numérique (CFD) est un outil très puissant pour évaluer les chargements et impacts de vagues. De plus, les champs de pression calculés peuvent servir au mécanicien pour évaluer des efforts et effectuer du dimensionnement structurel.

Cet exemple, démonstratif, illustre un cas de vagues interagissant avec une structure offshore (jacket). Les vagues sont générées avec la bibliothèque standard OpenFOAM (stokes 5ème ordre). La simulation est exécutée avec le solveur marineFoam en utilisant le schéma BICS (Queuty et al). Les discontinuités de pression et de densité sont gérées grâce à la méthode Ghost Fluid.

Resistance ajoutée sous houle

Les simulations de résistance avec houle fournissent des données sur l’augmentation de la résistance en présence de vagues (ordre de grandeur : 10 à 40% par rapport à une situation en mer calme). L’exemple à droite, tiré du workshop de Tokyo 2015, consiste à comparer l’évolution temporelle (coque avec gouvernail) du coefficient de force, du sinkage et du trim pour le KCS à Froude = 0,261. En effet, dans ce cas les conditions de mer sont: longueur d’onde: 11,84 m, hauteur: 0,196 m. Des simulations numériques sont réalisées en transitoire avec marineFoam. La bibliothèque waves2foam permet de générer des stream function et la surface libre est calculée avec le schéma CICSAM modifié (Wacławczyk). Les discontinuités de pression et de densité sont gérées grâce à la méthode Ghost Fluid. Les mouvements du navire (2DOF) sont calculés à l’aide d’une approche prédicteur / correcteur (Adams Bashforth Moulton).

G-MET Technologies est un bureau d’études spécialisé en simulations numériques appliquées à la mécanique des fluides (CFD), à la mécanique des structures et aux transferts thermiques.