Modélisation et optimisation de sièges d'automobiles sur la base de critères ergonomiques

Modelling and optimisation of automotive seats on the basis of ergonomics critéria

• Auteur / Autrice : Olivier Prudent
• Direction : Jacques Renard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : ENSMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sièges (meubles)

Automobiles

Cisaillement (mécanique)

Résumé

Le confort des sièges d'automobile est une notion subjective qu'il convient d'objectiver si l'on souhaite optimiser les sièges d'automobiles sur la base de critères ergonomiques. Cet effort effectué, l'optimisation de leur forme, étroitement liée au design et de leurs matériaux (matelassures de mousses de polyuréthanne et garnissages textiles) conduit à exprimer une fonction, objectif intégrant les paramètres quantifiables liés au confort et à l'ergonomie. La présente étude, réalisée en collaboration avec FAURECIA vise donc à prévoir par des méthodes numériques (calculs éléments finis) le confort d'un siège d'automobile et à optimiser la forme et les matériaux de ce dernier pour atteindre les objectifs en termes ergonomiques et de confort souhaité. Ce travail comporte trois parties. La première décrit de manière succinte le confort et les critères ergonomiques existants et présente les enjeux et les objectifs de la thèse. La seconde partie traite de la modélisation des comportements mécaniques des deux grandes classes de matériaux constituants les sièges d'automobiles, à savoir, les mousses de polyuréthanne et les textiles. Une caractérisation expérimentale des mousses et des tissus par des moyens expérimentaux parfois originaux permet d'atteindre les caractéristiques mécaniques intrinsèques des matériaux. Des modèles de comportements mécaniques fortement non-linéaires sont développés, prenant en compte l'aspect isotrope et orthotrope respectivement des mousses et des tissus. Le formalisme des transformations finies est utilisé. Ces lois de comportement sont identifiées grâce aux essais de compression, traction, cisaillement et relaxation dans les différentes directions principales des matériaux étudiés. Des simulations numériques grâce à des calculs éléments finis réalisés avec le code de calcul ABAQUS permettent enfin de valider les lois de comportement utilisées sur des trajets de chargements différents de ceux utilisés pour les identifier. La troisième partie s'intéresse plus particulièrement à la mise en place d'un calcul de structure tridiemensionnel, mettant en oeuvre un modèle numérique de siège dans lequel vient s'assoir le modèle numérique du mannequin de confort SAE-J826. Les modèles développés pour les mousses de polyuréthanne sont ainsi mis en oeuvre. Enfin la boucle d'optimisation permettant d'atteindre les objectifs de confort souhaités est illustrée grâce à deux optimisations de sièges simplifiés : une étude de faisabilité est réalisée sur un modèle d'assise bidimensionnelle ; une étude plus réaliste sur un siège tridimensionnel est finalement effectuée. On démontre ainsi la possibilité d'optimiser sur un siège d'automobile sur la base de critères ergonomiques.