Contribution to the modelling of mechanical behaviour of the Nomex honeycomb cores

• Auteur / Autrice : Syed Kamran Ali
• Direction : Laurent Gornet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes génétiques

Rupture

Abeilles

Nids

Mots clés libres

Nomex

Résumé

Une approche numérique éléments finis est mise en œuvre afin de déterminer les propriétés mécaniques tridimensionnelles des âmes nids d’abeilles Nomex. Les modes de rupture de ces âmes de forme hexagonales ou rectangulaires sont liés à des phénomènes d’instabilités. Leur destruction est due au flambement des parois qui conduit à leur détérioration plus ou moins progressive. Le modèle éléments finis développé est fondé sur la mise en œuvre de la théorie de l’homogénéisation des milieux périodiques. Les contraintes ultimes sont déterminées à partir des modes de flambement du Volume Elémentaire Représentatif. Les simulations permettent notamment d’évaluer les contraintes de rupture sous l’action de chargements complexes quasi-statiques. Nous proposons un multi critère de rupture écrit dans la base d’orthotropie de l’âme nids d’abeilles Nomex®. Le critère est construit pour des chargements combinés en cisaillement hors plan et en écrasement. Une version simplifiée du critère est également proposée. Des algorithmes génétiques sont utilisés pour valider la pertinence de nos modèles éléments finis. Le comportement des âmes pour des sollicitations de fatigue est également validé d’un point de vue expérimental à partir d’une éprouvette de cisaillement comprenant quatre blocs de nids d’abeilles Nomex®. Ces éprouvettes assurent une cinématique de cisaillement pur pour chacun des quatre blocs. Ces essais montrent une fissuration des blocs au dessus des zones de collage avec les peaux. Le modèle d’endommagement de Mazars est finalement retenu pour développer une approche simplifiée du comportement élastique fragile des âmes Nomex en traction et en cisaillement hors plan.

A finite element numerical approach is implemented to determine the three-dimensional mechanical properties of Nomex honeycomb cores. The failure modes of these hexagonal or rectangular cores are related to instability phenomena. Their destruction is due to buckling of the walls that lead to their more or less gradual deterioration. The finite element model developed is based on the implementation of the theory of homogenization of periodic media. The ultimate stresses are determined from the buckling modes of Representative Elementary Volume. The simulations include assessing rupture stress under the action of complex quasi-static loads. We propose failure criteria written in the orthotropic basis of the Nomex ® honeycomb core. The criteria proposed are for combination of out-of-plane shear loads and two combinations of out-of-plane shear and compression loads. A simplified version of criteria is also proposed. Genetic Algorithm is used to validate the relevance of our finite element models. The core behaviour under fatigue loading is also validated from experimental point of view using a four-bloc shear specimen of honeycomb core. These tests assure pure shear kinematics for each of four blocs. These tests showed the cracking of blocks at the skin-core interface. Mazars damage model is finally chosen to develop a simplified approach for elastic-fragile behaviour of the Nomex core in out-of-plane tension and shear.