Évitement de la résonance
Régler le système. Vérifier la réponse.
Éloigner la réponse du système de l’excitation.
Modifier la raideur déplace la fréquence propre. Le système couplé complet doit néanmoins être vérifié sur l’ensemble des états de mer opérationnels.
Une période plus longue signifie une fréquence plus basse.
Fréquence et période sont inverses l’une de l’autre. Distinguer la période propre du système de la période d’excitation, et préciser quel axe utilise un graphique de réponse.
Sur un axe des fréquences
Une fréquence propre plus basse place ce mode à gauche de l’excitation sur ce graphique qualitatif.
Sur un axe des périodes
Une période propre plus longue place ce mode à droite des périodes d’excitation plus courtes.
Les diagrammes montrent uniquement un ordre ; l’espacement n’est pas une marge numérique. Une excitation supérieure à la fréquence propre ne prouve pas à elle seule une isolation adéquate. Vérifier la réponse de transfert réelle et les critères d’acceptation sur l’ensemble du spectre opérationnel.
Vérifier le pic, la bande opérationnelle et les autres modes.
Localiser les modes couplés.
Évaluer la masse, l’état du ressort à gaz, la longueur et la raideur du câble, ainsi que la disposition du gréement, pour l’ensemble des cas de charge et de profondeur.
Évaluer la courbe de réponse complète.
L’amortissement peut réduire un pic de résonance. Dans un modèle linéaire simple à excitation de base, l’augmenter peut aussi accroître la transmission du mouvement dans la zone d’isolation. Évaluer la réponse configurée.
Suivre la séquence opérationnelle.
Vérifier le mouvement de la charge utile, la tension, la course utile et les transitions à l’aide du spectre du projet et de la réponse du navire. Le réglage adaptatif nécessite toujours ces vérifications.
Contexte théorique : MIT OpenCourseWare — vibrations mécaniques et isolation. Ces principes de modèle simplifié ne fournissent pas de limite opérationnelle de projet.
Le système grue–câble–charge utile possède des modes propres avant l’ajout d’un compensateur. Un compensateur modifie ces modes couplés ; la résonance est évaluée à la fois pour le système de référence et pour le système configuré, sur l’ensemble des cas opérationnels définis.
Qu’est-ce que la résonance ?
Un modèle simple masse–ressort possède une fréquence propre déterminée par sa masse et sa raideur. Dans un levage, le ressort à gaz, le câble, la grue et le gréement contribuent à la réponse couplée. Préciser le modèle et la grandeur de réponse évaluée.
Le mouvement de la tête de grue induit par la houle peut exciter le système couplé. Près d’une région de résonance, le mouvement de la charge utile peut être amplifié par rapport à la tête de grue ; la réponse réelle dépend du mode et de l’amortissement configuré.
En pratique, l’amortissement plafonne la réponse au pic ; l’amplitude atteinte par le pic à la résonance dépend de l’amortissement réellement configuré, ce qui explique pourquoi le modèle de présélection indique son amortissement plutôt que de citer un facteur universel. Ceci est clairement inacceptable pour un dispositif conçu pour réduire le mouvement.
Où se produit la résonance
La période propre d’un compensateur passif de pilonnement dépend de la masse de la charge et de la raideur du ressort à gaz. Pour l’ensemble d’unités Norwegian Dynamics utilisé dans la base ci-dessous, les périodes propres calculées s’échelonnent sur environ 10–30 secondes ; chaque projet calcule sa propre période couplée à partir de la masse réelle, de l’état du gaz et de la raideur de la ligne.
Sur la base de présélection en mer du Nord utilisée ici, les périodes de pic spectral de 5–15 secondes (Tp) constituent la bande d’excitation indicative ; c’est la base métocéanique propre au site du projet qui prévaut. Pour des systèmes bien conçus, la période propre se situe nettement au-dessus des périodes de houle énergétiques, de sorte que la fréquence d’excitation reste supérieure à la fréquence propre : c’est la zone d’isolation. La marge est vérifiée par rapport au spectre de houle du projet plutôt que supposée.
Cependant, le risque de résonance augmente lorsque :
- Le volume de gaz est trop faible (ce qui rend le ressort trop raide et réduit la période propre).
- La charge est plus légère que le cas de dimensionnement (ce qui réduit la masse et donc la période propre).
- Une houle de longue période est présente (ce qui rapproche la période d’excitation de la période propre).
| Valeur d’exemple | Ce qu’elle représente | Utilisation dans une évaluation |
|---|---|---|
| 10–30 s | Périodes propres calculées pour l’ensemble d’unités ND décrit dans la base. | Recalculer les modes couplés pour la masse réelle, l’état du gaz et la raideur de la ligne. |
| 5–15 s | La plage de présélection de période de pic en mer du Nord utilisée sur cette page. | Utiliser le spectre du projet et la réponse du navire. La période de pic seule ne décrit pas l’excitation complète. |
| 2–5× | L’exemple du modèle simple à excitation en force, pour des taux d’amortissement de 0.10–0.25. | Identifier le rapport entre l’excitation et la réponse. Ce n’est pas un pic universel de mouvement de la charge utile, ni un DAF supplémentaire. |
Ces mécanismes peuvent rapprocher le système d’une région de résonance. Vérifier leurs combinaisons sur l’ensemble de la plage de charge, de profondeur et d’exploitation ; le cas dimensionnant est établi par l’analyse couplée.
Concevoir pour éviter la résonance
Les ingénieurs utilisent plusieurs stratégies pour garantir que les compensateurs de pilonnement fonctionnent en toute sécurité à l’écart de la résonance :
- Réglage du ressort à gaz — Évaluer comment le volume de gaz et l’état de service modifient la raideur effective et les périodes propres couplées. Vérifier la réponse résultante plutôt que d’appliquer une règle de volume générique.
- Amortissement — Évaluer ensemble le pic de résonance et la réponse dans la bande opérationnelle. Augmenter l’amortissement n’est pas une amélioration universelle à toutes les fréquences d’excitation.
- Plage de charge et de profondeur — Vérifier l’ensemble des conditions de masse, d’état du gaz, de longueur de câble et d’exploitation. Une masse plus faible raccourcit la période dans un modèle simple à raideur fixe ; le cas couplé dimensionnant est établi par l’analyse.
- Réglage adaptatif — ANTARES peut modifier ses réglages de service. Évaluer chaque configuration et chaque transition dans le cadre du modèle couplé et des limites de l’équipement.
La résonance dans la conception du système
L’évitement de la résonance ne concerne pas seulement le compensateur : il s’applique à l’ensemble du système de levage. Le câble de grue, les poulies et tout gréement sous-marin possèdent chacun leur propre raideur et leur propre masse, créant un système couplé à modes de résonance potentiels multiples.
À plus grande profondeur d’eau, l’élasticité du câble devient significative, et le système couplé câble-compensateur peut présenter des fréquences de résonance différentes de celles de chaque composant pris isolément. C’est pourquoi les opérations en eau profonde nécessitent une analyse dynamique couplée qui modélise l’ensemble du système, du navire jusqu’au fond marin.
Pour les opérations critiques, des simulations en domaine temporel utilisant des données de houle propres au site et les RAO réels du navire permettent de vérifier la réponse sur l’ensemble des cas opérationnels définis. Norwegian Dynamics fournit un accompagnement technique pour ces analyses dans le cadre de la sélection et du dimensionnement du compensateur — voir notre guide de sélection du compensateur pour plus d’informations.
Évitement de la résonance — questions fréquentes
Qu’est-ce que la résonance dans un système de compensation de pilonnement ?
Quelle peut être l’ampleur de l’amplification résonante ?
Quand le risque de résonance est-il le plus élevé ?
Comment les ingénieurs conçoivent-ils pour éviter la résonance ?
La résonance ne concerne-t-elle que le compensateur lui-même ?
Une inquiétude concernant la résonance dans votre système de levage ?
Envoyez la plage de charge, les longueurs et raideurs de câble, la disposition du gréement, les réglages du compensateur, la réponse du navire et le spectre du site. Nous pouvons définir l’évaluation couplée et les cas de réglage.
Voir en action
À travers la résonance, sous contrôle — ANTARES fait passer un pieu à succion noyé à travers sa bande de résonance, près de 1,300 m, simulé dans CONSTELLATION.
Articles connexes
Base et hypothèses
D’où proviennent les chiffres de cette page, et jusqu’où chacun peut être extrapolé. Les valeurs de présélection sont des estimations modélisées ; elles ne remplacent pas une analyse spécifique au projet, réalisée sur votre propre base.
- Période propre du compensateur 10–30 sPlage de dimensionnement (résultat de modèle)
- Découle de la masse de la charge et de la raideur du ressort à gaz, sur l’ensemble des plages de SWL et de course que Norwegian Dynamics fabrique. C’est la plage dans laquelle se situent nos propres unités, non une propriété des compensateurs de pilonnement en général ; la période propre de toute unité spécifique est calculée pour le levage considéré.
- 5–15 s : contexte de présélection
- La plage de période de pic de 5–15 s constitue le contexte de présélection indicatif en mer du Nord utilisé sur cette page. Sélectionner la base métocéanique et le spectre du site du projet, et évaluer la réponse du navire. Cette plage n’est ni une donnée de dimensionnement universelle, ni un substitut au spectre d’excitation complet.
- 2–5× : exemple défini de modèle simple
- Pour un modèle linéaire à un degré de liberté soumis à une excitation harmonique en force, le rapport déplacement/déflexion statique, à une fréquence d’excitation égale à la fréquence propre non amortie, est de 1/(2ζ). Donc ζ = 0.10 donne 5 et ζ = 0.25 donne 2. Ce résultat d’excitation en force est distinct de la transmissibilité en mouvement de base. Ce n’est pas un facteur de réponse universel pour un levage ; le système offshore configuré est évalué avec son excitation et son amortissement réels.
