Simulation numérique de la rupture dynamique de structures métalliques à l'échelle macroscopique

• Auteur / Autrice : Guillaume Leclere
• Direction : Jean-Yves Cognard, Alain Nême
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des structures navales (Brest2002-2007)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes - École nationale supérieure des ingénieurs des études et techniques d'armement (1971-2010)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Métaux -- Rupture

Résumé

Ces travaux s'intègrent dans le cadre d'une collaboration avec trois partenaires industriels : Auto-Châssis-International (Business Unit de Renault), le GERBAM et le CTSN (entités de la DGA). Tous trois sont confrontés dans leurs études au dimensionnement jusqu'à rupture de structures métalliques sous sollicitations dynamiques. Notre travail contribue à la réduction de campagnes d'essais coûteuses par des simulations numériques fiables permettant de prédire numériquement la rupture de ces structures. Obtenir une stratégie numérique simple et rapidement utilisable dans le cadre d'activités d'ingénierie est la ligne directrice principale de cette étude. En final, nous souhaitons en particulier prédire la vitesse critique d'impact d'une masse sur le bras d'un porte-fusée (maillage 3D) et la résistance d'une cloison de bâtiment de surface soumise à un souffle (maillage 2D). Nous choisissons de représenter ces phénomènes de rupture par des conditions de perte d'unicité de la solution en vitesse (bifurcation) dans l'équilibre mécanique. L'expression représentative des conditions de bifurcation est intimement liée à la loi de comportement utilisée. Les vitesses de déformation rencontrées dans les exemples traités et pour les matériaux utilisés ne nécessitent pas, à priori, l'utilisation d'une loi viscoplastique. Nous avons utilisé une loi élastoplastique en grandes transformations que nous avons implémentée dans le code industriel ABAQUS/Explicit. Deux techniques d'intégration de la loi de comportement (méthode d'Euler explicite couplée à un critère de convergence et la méthode du Return-Mapping) ont été étudiées dans le but d'obtenir un bon compromis entre coût numérique et précision. Des cas simples sont utilisés pour valider l'implémentation et pour comparer la réponse des deux méthodes. Une étude de l'influence des paramètres de la simulation (taille de mailles) sur des géométries "simples" (traction dynamique d'un barreau et écrasement dynamique radial d'un anneau) complète la validation de notre approche. Les essais sous puits de chute (ACI) et des résultats expérimentaux d'explosion nous permettent de mener des corrélations essais/calculs. Les sollicitations étudiées sont correctement simulées avec notre approche. Pour faire le lien entre les modélisations volumiques et planes, l'apport d'un élément 3D/Coque dans le cadre de la modélisation de plaques est également montré à partir d'une étude de faisabilité (comparaison avec les éléments coques classiques). Leur utilisation permet, entre autres, de faciliter la modélisation de variations d'épaisseur.