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Tutoriel
Thème
Atelier Ship
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Débutant
Temps d'exécution estimé
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Version de FreeCAD
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Présentation

Avant de commencer ce didacticiel, veuillez vous assurer que vous avez déjà effectué la première partie.

Pour en savoir plus sur l'atelier Ship, consultez la page wiki qui lui est consacrée : atelier Ship.

Introduction

Dans ce tutoriel, nous allons travailler avec des poids et des réservoirs afin de calculer la courbe GZ, le paramètre de stabilité hydrostatique le plus important. GZ est le moment statique généré lorsque le navire prend un angle de roulis, bien sûr, puisque le bras GZ est positif, le navire a un moment positif et tentera de reprendre sa position verticale. Cependant, lorsque GZ tourne sur des nombres négatifs, la stabilité du navire n'est plus, provoquant une situation critique.

IMO - International Maritime Organization (Organisation maritime internationale) a défini les critères suivants:

• GM >= 0.15 m. GM (metacentric height) hauteur métacentrique est la tangente initiale de la courbe GZ
• La valeur maximale GZ doit être placée sur plus de 30 degrés d'angle de roulis.
• Avec un angle de roulis de 30 degrés, la valeur GZ doit être d'au moins 0,2 m.
• La zone concernée par la courbe GZ avec un angle de roulis maximal de 40 degrés doit être d'au moins 0,090 m · rad.
• La zone concernée par la courbe en GZ avec un angle de roulis inférieur à 30 degrés doit être d'au moins 0,055 m · rad.
• La zone concernée par la courbe "GZ" entre 30 et 40 degrés d'angle de roulis doit être d'au moins 0,030 m · rad.

Dans ce tutoriel, nous allons régler les poids et les réservoirs de notre bateau de la série 60, dans une situation simulée.

Poids des navires

Afin de pouvoir calculer la courbe GZ, nous devons connaître les poids des navires et leur position à chaque angle de roulis. Les poids seront donc divisés en deux catégories:

• Des poids fixes, entièrement liés aux mouvements des navires.
• Les réservoirs, où la forme du fluide change avec l’angle, nécessitent un calcul du centre de gravité à chaque position.

L'atelier Ship fournit deux outils différents pour générer chaque instance.

L'outil de définition des poids peut être utilisé pour définir la première catégorie de poids. Lorsque vous lancez l'outil pour la première fois (avec l'instance de bateau sélectionnée), l'atelier Ship initialise les poids du bateau avec un bateau léger (égal au déplacement du bateau) qui est placé sur la coordonnée X du centre de gravité de la géométrie du bateau, et à la hauteur du tirant d'eau de conception. En général, il existe au moins deux poids pertinents :

• Structure.
• Moteur principal (ou plusieurs).

Donc nous allons le changer. En double-cliquant sur chaque cellule, nous pouvons modifier la valeur en définissant les pondérations suivantes:

• Structure, 15000 kg, (-0.1, 0, 1.25) m
• Moteur tribord, 5000 kg, (-6.5, -0.65, 0.5) m
• Moteur côté bâbord, 5000 kg, (-6.5, 0.65, 0.5) m
• Moteur de secours, 2500 kg, (0.2, 0, 2.5) m

La position des poids est indiquée dans la Vue 3D. Remarque : les annotations seront supprimées lorsque l'outil sera fermé. Lorsque vous appuyez sur Accept, les poids seront enregistrés dans votre instance de bateau.

Réservoirs

Les réservoirs doivent être créés au-dessus d'une géométrie solide, comme l'instance du bateau, donc la première étape consiste à créer deux réservoirs d'étrave (un par côté du bateau) des géométries solides que nous allons considérer (généralement les bateaux ont beaucoup de réservoirs pour le carburant, l'eau douce, l'eau salée, le chargement, etc).

Génération de la géométrie

Afin de générer des réservoirs, nous chargeons l'atelier Part et créons un solide.

Nous devons modifier la boîte, donc nous la sélectionnons dans l'arborescence Attributes and tags, et nous passons de la vue à l'onglet Données. Développez Placement, et à l'intérieur Position, et définissez x à 1.5, et z à -1. Nous voulons également modifier la longueur de la boîte en la changeant pour 5.0 (notez que les unités peuvent être en mm, n'y prêtez pas attention).

La géométrie du réservoir fait partie intégrante de la géométrie de boîte et de navire créée. Vous pouvez ainsi masquer l'instance Ship, et afficher la géométrie s60_IowaUniversity. En sélectionnant la case et s60_IowaUniversity, nous pouvons utiliser l'opération commune générant la géométrie de notre réservoir tribord.

Nous pouvons effectuer une opération à bâbord en sélectionnant notre géométrie tribord et en exécutant l’outil miroir, en sélectionnant XZ comme plan miroir.

Afin de convertir la géométrie en une forme solide habituelle de nos réservoirs et de récupérer notre géométrie s60_IowaUniversity, nous pouvons charger l'atelier Draft, et avec la géométrie du réservoir tribord sélectionnée, exécuter Mettre à jour, puis répéter avec la géométrie du réservoir latéral. Nous pouvons renommer les géométries en:

• StarboardTankGeom
• PortTankGeom

Nous pouvons supprimer la boîte créée, dont nous n’avons plus besoin.

Génération d'intances de réservoir

Si vous rechargez l'atelier FreeCAD-Ship une autre fois, nous pouvons trouver un outil générateur d'instances de réservoir.

Maintenant nous pouvons sélectionner StarboardTankGeom et exécuter l'outil de génération d'instance de réservoir, où certaines données doivent être fournies. Nous définirons 40% du niveau de remplissage et 925 kg/m ${\displaystyle {\mathrm{m}}^3}$ (approche carburant). Lorsque vous cliquez sur Accept, une nouvelle instance de réservoir appelée Tank est générée. Nous pouvons la renommer en StarboardTank et masquer StarboardTankGeom.

Nous pouvons répéter le même processus afin de générer PortTank.

La figure montre le résultat de notre navire que nous allons calculer.

Calcul de la courbe GZ

L'atelier Ship fournit un outil permettant de calculer facilement une courbe "GZ".

Avec l'instance Ship sélectionnée, nous pouvons exécuter l'outil. La première chose que nous pouvons voir dans la boîte de dialogue ouverte est une liste de toutes les instances de réservoir trouvées dans le document actif. Nous voulons utiliser les deux, donc nous cliquons sur les réservoirs remarqués avec un arrière-plan différent.

Pour connaître le déplacement et le tirant d'eau résultants du navire, nous pouvons appuyer sur Actualiser le déplacement et le tirant d'eau, en prenant un peu de temps pour le calcul. Nous recevons les données suivantes:

• Déplacement = 37505.5 kg
• Tirant d'eau = 0.818664 m

Nous sommes donc dans une situation non chargée, où le tirant d'eau est nettement plus bas que le tirant d'eau initial. Des tirants d'eau plus bas impliquent généralement une stabilité moindre du navire. Le tirant d'eau dépend des conditions de chargement. Par conséquent, si nous nous attendons vraiment à ce qu'un navire puisse être utilisé dans ces conditions de chargement, nous pouvons envisager de mettre en place des citernes à ballast.

Nous pouvons également calculer automatiquement l'assiette du navire, opération qui peut prendre environ une minute, en récupérant que notre navire présente un angle d'assiette de 0,95 degré (positif par la poupe). Dans cet exemple, nous allons travailler sans angle de découpe (0 degré).

La demande de l'outil prend également en compte les angles de roulis. Dans ce cas, nous voulons connaître tous les comportements du navire afin de pouvoir définir:

• Angle de roulis de départ de 0 degrés.
• Angle de roulis final de 180 degrés.
• 46 points. Un pour chaque intervalle de 2 degrés. Le calcul de GZ peut prendre un certain temps, alors tenez compte du nombre de points demandé.

Lorsque nous appuyons sur Accept, l'outil commence le calcul. Si vous exécutez FreeCAD depuis le terminal, vous pouvez voir la progression du travail. Dans quelques secondes, nous recevrons la courbe GZ.

Cet outil utilise également pyxplot et ghostscript. Vous pouvez voir où le fichier de sortie gz.dat a été placé dans la vue du rapport (Vue/Vues/Rapport), et le charger avec le logiciel de feuille de données (par exemple, libreOffice). A proximité du fichier de données, plusieurs fichiers auxiliaires ont également été créés:

• gz.dat: Données de courbe GZ calculées.
• gz.pyxplot: pyxplot layout in order to plot the curve.
• gz.eps: Version d'image EPS.
• gz.png: Version d'image PNG.

Ces fichiers seront écrasés si vous exécutez l'outil une autre fois.

Résultats

La valeur maximale de GZ est placée à plus de 30 degrés (45 degrés), soit 0,25 m à 30 degrés (0,2 m est le minimum). Jusqu'à 30 degrés, la surface au-dessous de la courbe "GZ" est de 0,065 m.rad, et jusqu'à 40 degrés, nous avons 0,092 m.rad, soit la zone comprise entre 30 et 40 degrés de 0,027 m.rad. Donc, notre navire ne répond pas aux exigences de l’OMI. La solution est de placer des réservoirs de ballast.

D'autre part, le bateau dans cette mauvaise condition a des valeurs positives GZ jusqu'à 95 degrés d'angle de roulis, mais n'a pas été suffisant pour les exigences de stabilité de l'OMI, montrant les critères difficiles imposés sur ce point.

Bien entendu, cet exemple n’est pas réel (d’abord, tous les réservoirs de carburant ne peuvent pas être placés dans la structure à double fond ni dans le côté de la coque), mais constituent un bon exemple pour apprendre à utiliser l'atelier Ship .