• Langue : Anglais
• Discipline : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Identifiant : 2026ULILN004
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 05/02/2026

Résumé en langue originale

Avec le développement des équipements intelligents, les véhicules de surface sans pilote sont aujourd'hui largement utilisés dans les domaines de la défense, de la surveillance environnementale et de l'énergie offshore, tout en présentant des perspectives d'application convaincantes. Grâce à leur capacité à utiliser l'énergie solaire et le mouvement des vagues, les véhicules de surface tels que le Wave glider et l'AutoNaut peuvent effectuer des missions de longue durée en milieu marin. La coque d'un véhicule de surface de petite à moyenne taille est généralement constituée d'un matériau composite à structure sandwich, avec la peau étant généralement constituée de polymères renforcés de fibres de verre ou de fibres de carbone. L'étude de l'interaction entre la coque d'un véhicule de surface et les vagues, ainsi que l'évaluation du niveau des charges d'impact des vagues dans ses conditions de fonctionnement en mer, constituent l'objectif principal de cette recherche. Cela peut aussi soutenir la recherche sur la réponse mécanique et le comportement en fatigue des structures composites sous l'effet d'une charge dynamique de vagues. L'étude du problème de l'interaction vague-structure est effectuée par le biais des expérimentations numériques. Les simulations numériques sont réalisées à l'aide de la méthode Arbitrary Lagrangian Eulerian. Cette approche combine les avantages des formulations lagrangiennes et eulériennes, permettant la simulation de multi-matériaux et la présence de grandes déformations dans la simulation. Sur la base de cette approche, un modèle numérique de canal à houle avec des zones d'amortissement pour l'absorption des vagues est construit, qui est d'abord appliqué pour simuler les vagues correspondant aux conditions de mer du Wave glider, puis, des scènes d'impact des vagues sont simulées avec la structure couplée dans le canal à houle numérique. La génération de vagues est basée sur la théorie des vagues linéaires et la théorie de génération de vagues du générateur de type piston. Prenant en compte la dimension du canal à houle numérique et les paramètres des vagues ciblées, quatre séries de vagues expérimentales sont mises en place. Les vagues générées sont mesurées et comparées à la solution analytique des vagues ciblées. Les taux d'erreur des vagues simulées sont calculés afin de vérifier l'efficacité du canal à houle numérique et la précision de la génération de vagues. Les simulations de l'interaction vague-structure utilisent les mêmes quatre séries de vagues. L'algorithme de couplage basé sur la méthode de pénalisation est utilisé pour prédire les charges de vagues à l'interface vague-structure. Les données relatives à la charge de vagues sont collectées et analysées. Le changement de posture de la structure sous l'influence de l'impact des vagues est également étudié. Les ressources informatiques consacrées à la génération de vagues et aux simulations de l'interaction fluide-structure sont également étudiées. En s'appuyant sur la rentabilité et l'efficacité de la méthode numérique, cette recherche a étudié le problème de la génération de vagues et de l'interaction fluide-structure par le biais de simulations numériques. Le modèle numérique de canal à houle mis en œuvre est validé et peut être étendu à des scénarios d'application plus complexes.

Résumé traduit

With the development of intelligent equipment, unmanned surface vehicles nowadays are widely used in the fields of defense, environmental surveillance and offshore energy, and possess promising application prospects. Benefiting from the ability to make use of solar energy and wave motion, surface vehicles such as the Wave glider and AutoNaut have the ability to perform long-duration missions in marine environments. The hull of a small to medium-sized surface vehicle is generally made of a sandwich-structured composite material with the skin generally being the glass fiber or carbon fiber reinforced polymers. Investigating the interaction between the hull of a surface vehicle and water waves, as well as evaluating the level of wave impact loads under its operating sea state conditions, is the major focus of this study. This can support the research on the mechanical response and fatigue behavior of composite structures under dynamic loading induced by water waves. The study of the wave-structure interaction problem is carried out through numerical experiments. Numerical simulations are performed using the Arbitrary Lagrangian Eulerian method. This approach combines the advantages of the Lagrangian and Eulerian formulations, allowing for the simulation of multi-materials and the presence of large deformations in the simulation. Based on this approach, a numerical wave flume model with damping zones for water wave absorption is constructed, which is first applied to simulate the water waves corresponding to the working sea conditions of the wave glider, and then, the wave impacts scenario is simulated with the structure coupled into the numerical wave flume. The generation of water waves is based on the linear wave theory and the wave generation theory of the piston-type wavemaker. Based on the dimension of the numerical wave flume and the target water wave parameters, four sets of experimental water waves have been set up. The generated water waves are measured and compared to the analytical solution of the target water waves. The error rates of simulated water waves are calculated in order to verify the effectiveness of the numerical wave flume and the accuracy of the wave generation. The wave-structure interaction simulations use the same four sets of water waves. The coupling algorithm based on the penalty method is used to predict the wave loads at the wave-structure interface. Wave load data is collected and analyzed. The posture changes of the structure under the influence of the wave impact is also investigated. The computational resources devoted to water wave generation and wave-structure interaction simulations have also been studied. Benefiting from the cost-effectiveness and efficiency of the numerical method, this study has investigated the problem of water wave generation and fluid-structure interaction through numerical simulations. The numerical wave flume model constructed is valid and can be extended for more complex application scenarios.