Contribution à l'élaboration de design de substitution en similitude indirecte sur modèles réduits : application à l'étude du comportement en collision des absorbeurs axiaux

Contribution to the development of a substitution design in a non-direct similitude using scaled models : application to the study of crash behaviour of axial absorbers

• Auteur / Autrice : Frédéric Langle
• Direction : Yves Ravalard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés libres

Vehicule ferroviaire

Assemblage

Essai choc

Essai compression

Charge axiale

Conception

Absorbeur

Similitude

Rail vehicle

Joining

Impact test

Compression test

Axial load

Design

Absorber

Similarity

Résumé

La conception d'un véhicule ferroviaire doit intégrer des critères de dimensionnement à la collision. Il existe de nombreux outils de calculs numériques qui permettent de réaliser des simulations du comportement au choc des structures. Mais ces modèles numériques doivent être validés par l'intermédiaire d'essais expérimentaux. La réalisation d'essais à l'échelle 1 nécessite des moyens considérables (infrastructure, cout du prototype) et ne peut être envisagée qu'en phase de validation finale. L’étude sur modèle réduit permet de contourner ce problème. Parmi toutes les techniques de similitude recensées, seule la similitude indirecte peut être employée dans un cadre industriel. Elle permet le couplage d'un modèle par éléments finis et d'essais expérimentaux a échelle réduite afin d'optimiser le design. Pour valider ce concept sur une structure complexe multi-matériaux et multi-assemblages, un crash test d'une cabine de conduite ferroviaire a l'échelle 1/4 et un modèle par éléments finis sont réalisés. Néanmoins la conception de maquettes pose des problèmes de fabrication et d'assemblage. Ces problèmes sont principalement dus aux opérations de soudage. L’influence de l'assemblage sur la réponse en similitude est illustrée sur des absorbeurs en compression axiale. Des techniques d'assemblages (soudage laser, collage structural, rivetage) et des design de substitution sont testés. Le choix d'un design de remplacement est proposé à l'aide d'un couplage entre pam-sfe (super folding element) et l'optimiseur mathématique pam-opt. Le logiciel pam-sfe permet de déterminer la caractéristique effort/écrasement en compression axiale de structures mono et multitubulaires à parois minces, il est basé sur une formulation analytique. L’intégration de la dissipation énergétique due au joint de colle sur des profilés à parois minces est développée dans la phase de post effondrement. La validation est réalisée sur des structures simple et double chapeaux.