Propagation des ondes dans les coques simples ou en nid d'abeilles soumises à des charges mobiles : application au lanceur Ariane 5

Wave propagation in honeycomb and Mindlin shell with moving load. Case study Ariane 5.

• Auteur / Autrice : Arnaud Boullard
• Direction : Denis Aubry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des structures
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne1998-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coques (ingénierie)

Plaques (ingénierie)

Ariane (fusées)

Mots clés libres

Nid abeille

Charge mobile

Résumé

L'arrivée sur le marché spatial d'une nouvelle classe de lanceurs plus puissants tel Ariane 5, fait ressurgir un critère dimensionnant mal maîtrisé analytiquement et numériquement : celui des chocs d'origine pyrotechnique induits par les lanceurs sur les satellites. Les problèmes rencontrés lors de la modélisation de ces chocs pyrotechniques sont principalement liés à la taille de la structure et aux très hautes fréquences rencontrées. La géométrie de la structure est de type coque mince. A cause de la courbure il est impossible de découpler les différents modes de propagation des ondes provenant du choc. Dans une première partie, après avoir précisé quelques éléments de géométrie différentielle, on s'intéresse aux équations des ondes dans les coques de Mindlin, dans le cas le plus général. Le contexte nous permet cependant d'axer notre étude sur les hautes fréquences, ce qui permet, après avoir explicité le tenseur acoustique caractéristique, de trouver des solutions analytiques à notre problème. La modélisation retenue pour le choc pyrotechnique est une charge mobile défilant à haute vitesse. Une étude analytique permet de faire ressortir les phénomènes d'ondes de chocs. Des résultats numériques mettent en évidence les cônes de Mach pouvant exister dans un milieu bidimensionnel soumis à une charge mobile supersonique. La stratégie retenue est celle du remaillage adaptatif, et le schéma d'intégration en temps est basé sur la formulation de Galerkin discontinue. A cette occasion, les phénomènes de couplage entre les différents types d'ondes apparaissent lorsque la structure est de type coque. Des éléments du lanceur européen étant réalisés en nid d'abeille, la dernière partie de l'étude est axée sur ce matériau. Nos résultats analytiques et numériques dans des coques et des plaques font apparaître des phénomènes intéressants, comme l'anisotropie en dynamique. Une approche locale de la propagation des ondes dans le nid d'abeille est utilisée, et permet d'envisager une homogénéisation par un matériau isotrope transverse. De nombreuses pistes de recherche sont finalement proposées pour de futures investigations.