Impact sur structures sandwiches pour application de blindage aéronautique

Impact on sandwich structures for aircraft armour applications

• Auteur / Autrice : Amélie Kolopp
• Direction : Christophe Bouvet, Samuel Rivallant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Industrie aéronautique

Impact

Modèles mathématiques

Matériaux sandwichs

Mots clés libres

Impact

Blindage

Sandwich

Expérimental

Modélisation

Plaques Aluminium

Tissus

Résumé

Les structures sandwiches sont pressenties en tant que solution de protection potentielle des structures aéronautiques soumises à l'impact. De fait, elles allient un bon rapport rigidité/masse avec des capacités d'absorption d'énergie. Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR MANSART (Matériaux sANdwicheS ARchiTecturés) et s'intéresse en particulier au comportement de sandwichs à l'impact. Le travail effectué se déroule de manière incrémentale, partant de l'étude expérimentale d'un large choix de structures sandwiches, pour aboutir à l'identification des solutions plus prometteuses. Des plaques aluminium, assemblages de tissus, interlocks et composites ont été testés en tant que peau avant et combinés avec différents types de cœurs : nids d'abeille, mousse, architectures de fibres, etc. Les structures sont retenues sur les critères de non-perforation à masse et déformation minimale, pour un type d'impact donné (120 m/s, 1 kJ). Parmi les structures testées, on retiendra les plaques aluminium et les assemblages de tissus pour les peaux et le nid d'abeille aluminium pour le cœur. Ces trois structures sont étudiées plus en détail au travers de modèles numériques, afin de compléter les données d'essai et la compréhension des mécanismes en jeu, en vue de futures études d'optimisation numériques. Cette étude a permis d'identifier des effets dynamiques dans les matériaux et de couplage peaux-cœur dans le sandwich. Ces deux aspects pilotent résistance à la perforation de la structure. Ainsi, la confrontation des résultats numériques et expérimentaux et l'identification de paramètres clés ont permis de proposer des pistes de choix pour le design de blindages.

Sandwich structures are foreseen as potential armour architectures for aircraft structures subjected to impacts. Indeed, these structures are characterized by their good weight-specific bending stiffness as well as their energy absorption capabilities. This work is part of the MANSART project (Architectured Sandwich Materials), and aims to characterize the behaviour of sandwich structures against impacts. The present work starts with the experimental study of a large range of sandwich structures to come to the identification and study of the most promising solutions. Aluminium plates, fabrics, interlocks and composite structures have been tested as front skin, combined with several types of cores: honeycombs, foam, fibres assemblies, etc. The structures have been selected considering several criteria (no perforation with a minimal weight and residual deformation of the structure) for a given set of impact parameters (120 m/s, 1 kJ of initial kinetic energy). Aluminium plates and dry aramid fabrics stitched together have been selected as potential front skin, and aluminium honeycomb as sandwich core. These three structures have been further studied through numerical modelling, to complete the experimental data and the understanding of the main mechanisms occurring during the impact. Strain rate sensitivity of materials, as well as skins-core coupling effects have been identified as important mechanisms, which drive the resistance against the perforation of the structures. Ways of improvement for the armour design are proposed, based on the numerical /experimental results confrontation and the key parameters identification.