Applications effectives de l'onde de choc hydrodynamique générée par pulsation électrique ou par explosion

Effective use of underwater shock wave generated by electric pulses power or explosive

• Auteur / Autrice : Masahiko Otsuka
• Direction : Shigeru Itoh, Mhamed Souli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récipients sous pression

Décharges électriques

Amortissement (mécanique)

Formage par explosion

Régime transitoire (hydraulique)

Explosions sous-marines

Ondes de choc

Simulation par ordinateur

Interaction fluide-structure

Résumé

L'onde de choc générée par une explosion ou par pulsation électrique, peut être utilisée pour des fins industrielles. Pour la fabrication de pièces mécaniques, dans l'industrie automobile ou aéronautique, la pratique utilisée est l'emboutissage. Les difficultés numériques rencontrés dans l'emboutissage, comme le retour élastique, nécessitent le passage d'un calcul explicite à un calcul implicite, car le temps d'amortissement de la structure est relativement long par rapport au temps de chargement. L'emboutissage pose aussi un problème de coût industriel. Le chargement dynamique due à la présence de la presse dans un problème d'emboutissage, peut aussi être généré par des pressions ou ondes de choc provoquées par une ou plusieurs explosions dans un milieu hydrodynamique. Le but de cette recherche, dont une partie est expérimentale, validée par des simulations numériques, consiste à modéliser le chargement dynamique dans les problèmes à dynamique rapide, en utilisant une suite de points et d'instants de détonation. Les ondes de choc générés par les différentes détonations provoquent dans un milieu hydrodynamique, un chargement dynamique sur la structure, et donc une interaction fluide structure, similaire au chargement de la presse. Ce chargement se produit dans un milieu fluide ( eau) dont les propriétés d'amortissement des vibrations de la structures sont plus importantes et plus efficaces que dans le milieu atmosphérique. La modélisation numérique des phénomènes de détonation nécessitent la résolution des équations de Navier Stokes compressibles pour le fluide et les équations de la dynamique des structures, en utilisant un algorithme de couplage fluide structure.

A choc wave generated by an underwater explosion or electric pulsed power can be used for industrial applications. Ln automotive and aerospace industry, sheet metal forming is usually used for parts production. Ln metal forming we usually encounter numerical difficulties as spring back problems, which requires implicit time integration, since the time for the structure to damp out from high frequency vibrations is long compare to loading time. Metal forming has a high cost for industrial applications. . Pressure loading due to the press machine in metal forming can be generated through pressure waves from detonation points in hydrodynamic medium. The aim of this work, which has an experimental part, that is validated by numerical simulation, consists of generating pressure waves for dynamic problems, through discrete detonation points, at different locations and detonating at different detonation time. Pressure waves from detonation create a structure loading similar to the one created by the press machine in metal forming. The problem is a fluid structure interaction problem, where the fluid has high damping properties compare to those of ambient air. The fluid is solved using compressible Navier-Stokes equations with equation of state relative to explosive material, the structure is solved with structural dynamic equations, using explicit time integration.