Une méthode semi-analytique pour l'analyse de l'interaction entre une onde de choc et une coque élastique immergée. Application au pré-dimensionnement de coques de sous-marins

A semi-analytical approach for the modelling of acoustic shock wave-elastic submerged shell interaction. Application to the pre-design of submarine hulls

Centre Propulsion de DCNS, Service Technique et Scientifique, 44620 La Montagne, France

Auteur de correspondance : jean-francois.sigrist@dcnsgroup.fr

Reçu : 27 Février 2008
Accepté : 11 Décembre 2008

Résumé

Le dimensionnement des structures immergées vis-à-vis des effets d'une explosion sous-marine constitue une exigence forte pour un constructeur de navires militaires. La présente étude s'intéresse à la description de l'interaction entre une coque élastique immergée et une onde acoustique se propageant dans le fluide. En utilisant un modèle linéaire pour le fluide et la structure, il est possible de proposer une description du problème couplé dont la résolution peut être conduite avec une méthode semi-analytique. Les inconnues du problème (pour le fluide : champ de pression incident, champ de pression réfléchi, champ de pression rayonné ; pour la structure : champ de déplacement radial et ortho radial) sont écrites sous la forme d'un développement en série de Fourier de la variable angulaire. L'évolution des différents champs est décrite dans le domaine de Laplace par transformation des équations temporelles du problème couplé. Une application est proposée ici au cas de deux coques couplées par un fluide. La méthode de calcul ainsi proposée est implantée dans un code de calcul MATLAB qui peut ainsi être utilisé en bureau d'études pour le pré-dimensionnement de coques de sous-marins.

Abstract

Numerical simulation of acoustic shock wave/elastic structure interaction is of paramount importance in naval shipbuilding. The present study deals with the numerical calculation of the fluid-structure interaction between a pressure wave and an elastic shell for a 2D case. The modelling accounts for incident reflected and scattered pressure fields in the fluid medium. In such conditions, an analytical formulation of the coupled problem can be derived using a Fourier serie to solve the spatial dependence and a Laplace transform to solve the time dependence of the displacement and pressure fields. The present approach provides a powerful and accurate method that accounts for interaction phenomena on simple cases. The method is applied on the case of two elastic shells coupled by a fluid and subjected to shock wave loading. The proposed calculation procedure is implemented in a MATLAB code which can be used in pre-design stages to investigate the dynamic behaviour of submerge shells under shock wave loading.