Contribution à la conception robuste de véhicules en choc frontal : détection de défaillances en crash

• Auteur / Autrice : Nicolas Rosenblatt
• Direction : Louis Jézéquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 27/06/2012
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Loubet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Dessombz, Patrick Lyonnet, Marie-Maud Chatillon, Yves Tourbier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Aubry-Barottin, Thierry Tison

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conception technique

Éléments finis, Méthode des

Résistance aux collisions

Mots clés libres

Robustesse

Crash

Dynamique rapide

Éléments finis

Anti-optimisation

Robustness

Crashworthiness

Dynamics

Finite elements method

Anti-optimization

Résumé

Ce mémoire s’intéresse à la conception robuste de systèmes complexes dans le cadre de l’ingénierie système et de la méthode First Design. Ces travaux s’appliquent plus particulièrement aux prestations en choc frontal de véhicules de la gamme Renault. L’objectif principal de ces travaux est de proposer une méthode de conception robuste basée sur la modélisation numérique des prestations crash du véhicule. Cette stratégie vise à assurer la robustesse du produit dès la phase de conception, afin d’éviter des modifications de conception tardives et coûteuses, conséquences d’apparition de problèmes durant le cycle de validation ou la vie série du véhicule. Les spécificités du crash sont le coût important des simulations, la forte non linéarité du phénomène, ainsi que les bifurcations de comportement. Ces particularités rendent les méthodes classiques de conception robuste peu efficaces ou très couteuses. Afin de répondre à ce problème, nous développons une méthode originale, baptisée détection de défaillances, permettant d’identifier les problèmes de robustesse en crash, afin de les corriger dès le cycle de conception. Cette méthode est basée sur l’utilisation des techniques d’optimisation par les plans d’expériences. La méthode développée vise aussi à intégrer l’expertise des concepteurs crash afin de localiser rapidement les défaillances, ce qui permet de limiter le nombre de simulations nécessaires. La contrepartie d’une méthode de conception robuste reposant sur la simulation numérique est la nécessité d’avoir un bon niveau de confiance dans les résultats du modèle. On propose donc dans ce mémoire des améliorations des modèles éléments finis des véhicules Renault, afin d’améliorer la qualité de la simulation. Ces travaux vont dans le sens d’un remplacement des prototypes physiques par des prototypes numériques dans l’industrie, enjeu majeur permettant la réduction des coûts et des délais de développement. Cet enjeu est particulièrement important dans un secteur automobile très concurrentiel, où la survie d’un constructeur dépend de ses coûts et de sa réactivité face au marché.

This PhD thesis deals with robust design of complex products, within the framework of system engineering methods, such as First Design. This work focuses on frontal crashworthiness of Renault vehicles. The main goal of this PhD is to develop a robust design method based on crashworthiness numerical simulation. This method aims at ensuring the robustness of a vehicle crashworthiness right from the design stage of the product, in order to avoid costly design modifications, necessary when problems are found during the validation cycle or the life cycle of the product. Characteristics of crashworthiness phenomena are a high cost of numerical simulation, highly non-linear and bifurcative behaviour. Due to this behaviour, classic robust design methods would be unefficient or very expensive to use. In order to face this problem, we develop an original robust design method, based on optimization using design of experiments method. The goal of this method is to identify crash failures as soon as possible in the design stage, in order to correct them. This method also aims at integrating knowledge from the crash engineers, in order to find crash failures quickly, using as few simulations as possible. A challenge we meet when using numerical simulation of the crashworthiness is the need to trust the results of the model. This thesis also deals with improvements in the crash models at Renault. This work is well suited for a very competitive industry such as the automotive, where car manufacturers need to replace physical prototypes with numerical ones, in order to reduce design costs and be more reactive.