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Spécial « Vibrations dans les bâtiments »
Acoustique et Vibrations dans les navires à passagers
Comportement vibratoire basse fréquence
Pour valider le comportement dynamique d’ensemble d’un
navire à passagers, plusieurs étapes sont menées au sein
de STX Europe :
- une phase de modélisation en éléments finis avec
ANSYS qui sert aussi à l’évaluation de la structure pour
répondre aux exigences de la société de classification.
Ce modèle est utilisé pour étudier et valider le compor-
tement dynamique afin d’étudier la réponse forcée due
aux excitations provenant des moteurs de propulsion et
des hélices (excitation créée par le passage des pales ou
communément appelée pression fluctuante) ;
- après la mise en eau du navire lors de son achèvement,
des essais sont menés avec une machine à balourd simu-
lant l’excitation des principales sources vibratoires et
pouvant injecter jusqu’à 20 tonnes d’effort dans la structure.
Les résultats de ces essais peuvent apporter un complé-
ment utile aux résultats de calculs dynamiques ;
- les mesures de vibrations sont effectuées dès la première
sortie en mer, pour vérifier le comportement de la struc-
ture, l’objectif étant d’atteindre les niveaux contractuels
sans recourir à des modifications coûteuses et délicates
à mener à quelques semaines de la livraison du navire.
En premier lieu, la modélisation se fait en créant un maillage
le plus fidèle possible du raidissage principal de la struc-
ture (couples renforcés, épontilles, ponts, fond, double-
fond, cloisons, hiloires, barrots…), avec des éléments
plaques ou poutres 3D.
En second lieu, les calculs dynamiques d’ensemble sont réali-
sés avec un modèle complété par des éléments Fluide et des
chargements spécifiques pour les hélices et les diesels.
Les excitations des hélices sont préalablement étudiées
en tunnel de cavitation où l’on mesure les fluctuations de
pression que l’on intègre en efforts résultants équivalents
qui sont restitués fidèlement dans les calculs dynamiques
pour 2 cas : les 2 hélices excitant la structure en phase
et en opposition de phase.
Les diesels constituent également un risque d’une forte
énergie pouvant être transmise dans la structure malgré
le découplage mécanique réalisé par des plots élastiques.
Cet effort est estimé à partir des mesures vibratoires que
nous effectuons en usine.
Les fréquences principales d’excitation des diesels alter-
nateurs (semi-rapides) sont dans une très grande majo-
rité de l’ordre de 8,5 Hz et 10 Hz ; les fréquences fonda-
mentales d’excitation provenant des hélices, étant elles
liées au nombre de pales et à la vitesse de rotation des
lignes d’arbres, varient généralement entre 9 et 12,5 Hz.
Les 2 premières harmoniques peuvent aussi être énergé-
tiques à des fréquences 2 et 3 fois plus élevées.
Des modes de sous-structures à de telles fréquences
peuvent donc concerner des surfaces très significatives
et les solutions doivent être compatibles avec la disposi-
tion générale des emménagements du navire.
Fig. 2 : Modèle Elfi ; réponse forcée pour un cas de chargement hélice ; avec excitation des diesels.
Fig. 1 : Structure type - principe de maillage