FreeCAD-Ship s60 tutorial (II)/fr

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

Vous pouvez en apprendre plus surFreeCAD-Ship ici

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 didacticiel, nous allons définir des poids et des réservoirs pour notre navire de la série 60, dans une situation irréelle.

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.

FreeCAD-Ship fournit deux outils différents pour générer chaque instance.

Icône de l'outil de définition des poids.

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 navire sélectionnée), FreeCAD-Ship initialise les poids du navire avec Navire léger (égal au déplacement du navire) placé à la coordonnée X du centre de gravité de la géométrie du navire et à la hauteur de consigne. Habituellement, vous avez au moins 2 poids pertinents:
 * Structure.
 * Moteur principal (ou plusieurs d'entre eux).

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

Aperçu 3D de Définition des poids.

La position des poids est affichée en vue 3D. Ces annotations seront supprimées lorsque vous terminerez avec l'outil, alors ne faites pas attention à cela. Lorsque vous appuyez sur Accepter, les poids seront stockés dans votre instance de navire.

Réservoirs
Les réservoirs doivent être créés au-dessus de la géométrie solide, comme dans l'exemple du navire. La première étape consiste à créer deux réservoirs d'étrave (un par côté du navire). Des géométries solides que nous prendrons en compte (les navires ont généralement beaucoup de réservoirs pour le carburant, l'eau douce, l'eau salée, charge, etc.).

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

Nous devons éditer la boîte, nous la sélectionnons donc dans l'arborescence Attributs et balises, et passons de l'onglet Affichage à l'onglet Données. Décompressez Placement, et à l'intérieur Position, et définissez x sur 1,5, et z sur -1. Nous voulons changer la longueur de la boîte et la changer pour 5.0 (notez que les unités peuvent être en mm, ne vous en occupez pas).

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.

Generated tank geometry.

We can perform port side tank selecting our starboard geometry and executing mirror tool, selecting XZ as mirror plane.

In order to convert geometry into a ussual solid shape our tanks, and recover our s60_IowaUniversity geometry, we can load Draft module, and with starboard tank geometry selected execute Upgrade, and repeat with port side tank geometry. We can rename geometries as:
 * StarboardTankGeom
 * PortTankGeom

We can delete created Box, that we don't need anymore.

Tank intances generation
If reload FreeCAD-Ship module another time, we can find tank instances generator tool.

Tank instance generation tool icon.

Now we can select StarboardTankGeom and execute tank instnace generation tool, where some data must be provided. We will set 40% of filling level, and 925 kg/m$$\mathrm{m}^{3}$$ (fuel approach). When Accept is clicked a new tank instance called Tank is generated. We can rename it as StarboardTank, and hide StarboardTankGeom.

We can repeat the same process in order to generate PortTank.

View of generated weights.

Figure shown our ship result that we will compute.

GZ curve computation
FreeCAD-Ship provide a tool to easily compute a GZ curve.

GZ curve computation tool icon.

With Ship instance selected, we can run the tool. The first thing that we can see at opened dialog is a list with all tank instances found at active document. We want to use both of them, so we click over the tanks that are remarked with a diferent background.

In order to know the resultant ship displacement and draft we can press Update displacement and draft, taking some time for the computation. We receive following data:
 * Displacement = 37505.5 kg
 * Draft = 0.818664 m

So we are in a unloaded situation, where draft are sightly lower than design draft. Ussually lower drafts imply lower ship stability, the draft depends on loading condition, so if we really expect than ship can be operated in this loading condition we can consider implement ballast tanks.

We can also automatically compute ship trim, operation that can take around one minute, retrieving that our ship have 0.95 degrees of trim angle (positive by stern). In this example we will work without trim angle (0 degrees).

Tool request roll angles considered too. In this case we want to know all ship behaviour, so we can set:
 * 0 degrees starting roll angle.
 * 180 degrees ending roll angle.
 * 46 points. One for each 2 degrees. GZ computation can take some time, so take care about the number of points requested.

When we press Accept tool starts the computation. If you runs FreeCAD from terminal you can see work progress. In a couple of seconds we will receive GZ curve.

This tool use pyxplot and ghostscript too. You can see where gz.dat output file has been placed at the report view (View/Views/Report view), and load it with datasheet software (for example libreOffice). Nearby data file several auxiliary files has been created too:


 * gz.dat: Computed GZ curve data.
 * gz.pyxplot: pyxplot layout in order to plot the curve.
 * gz.eps: EPS image version.
 * gz.png: PNG image version.

This files will be overwritten if you executes the tool another time.

Results
Resultant GZ curve.

GZ maximum value is placed over 30 degrees (45 degrees), getting 0.25 m at 30 degrees (0.2 m is the minimum). Up to 30 degrees the area below GZ curve is 0.065 m·rad, up to 40 degrees we have 0.092 m·rad, being the area between 30 and 40 degrees of 0.027 m·rad. So our ship don't meets the IMO requeriments. The solution is place ballast tanks.

At the other hand the ship, in this bad condition, has positive GZ values up to 95 degrees roll angle, but has not been enoguht for IMO stability requirements, showing the hard cirteria imposed about this item.

Of course this example is not real (first for all fuel tanks cannot be placed in the double bottom structure, or using hull side as structure), but is a good example in order to learn to use FreeCAD-Ship.