Thèse soutenue

Modélisation par éléments finis de structures tubulaires métalliques comme composites écrasées axialement sous des régimes de charge quasi-statiques et dynamiques utilisées comme systèmes d’absorption d'énergie
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Auteur / Autrice : Haileleoul Sahle Habte
Direction : Akrum Abdul-Latif
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie civil - Cergy
Date : Soutenance le 17/12/2019
Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Quartz (Saint-Ouen, Seine-Saint-Denis)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Akrum Abdul-Latif, Carl Labergère, Hakim Naceur, Mustapha Ziane, Ibrahim Deiab, Jean-Michel Bergheau
Rapporteurs / Rapporteuses : Carl Labergère, Hakim Naceur

Résumé

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Actuellement, nous pouvons trouver beaucoup de moyens de transport de différentes formes et quantités pour satisfaire la forte demande de mobilité humaine et de transport de marchandises. Et, ce moyen de transport peut être considéré comme l'un des piliers de l'efficacité de l'homme dans l'accomplissement de ses tâches. Ces produits d'ingénierie, pendant la période de service, peuvent rencontrer une collision inattendue avec des objets non identifié ou l'un à l'autre. Chacun de ces événements causerait des dommages catastrophiques au produit et aux humains. En tant que tels, ces produits doivent intégrer des composants en tant qu'outils de sécurité, et l'application des systèmes de dissipation d'énergie vient à cet égard.Ce travail s'est concentré sur une modélisation numérique de systèmes innovants de dissipation d'énergie non conventionnels développés et testés expérimentalement dans (Abdul-Latif et al, 2017) pour améliorer leur capacité d'absorption d'énergie. Le concept de base utilisait le flambement plastique axial de l'acier doux circulaire droit comme les tubes composites avec divers motifs cémentés. Un tel traitement thermique a été appliqué sur 15% de la surface extérieure avec une profondeur de 0,5 mm. Dans ce travail, une modélisation non linéaire par éléments finis a été réalisée décrivant la réponse de ces tubes en ciblant particulièrement leur comportement le long de l'épaisseur du tube.Le logiciel de simulation ABAQUS 6.14 a été utilisé pour l'analyse du flambement plastique des tubes en raison de la charge quasi statique et dynamique. D'où l'objectif de développer une plate-forme de conception commune. L'analyse non linéaire par éléments finis a d'abord été effectuée sur le tube conventionnel, puis sur les tubes non conventionnels. Les tubes non conventionnels, quatre modèles cémentés de 2, 3, 4 et 5 anneaux et deux autres modèles de 2 et 3 bandes verticales ont été modélisés et simulés.Pour l'élément de coque représentant un tube mince, un élément de coque S4R de 1 mm de diamètre a été utilisé afin d'obtenir une convergence de maille précise. Outre le matériau "tel que reçu" utilisé pour les tubes conventionnels, les comportements des matériaux durs et mous ont été modélisés pour les tubes non conventionnels. Pour la modélisation des matériaux, on a opté pour des matières plastiques élastiques avec trempe sous contrainte et effet de vitesse de déformation en fonction des différentes conditions de charge.Les résultats de simulation de tubes conventionnels et non conventionnels sur les processus de déformation et la courbe de déplacement de la charge ont été examinés et comparés aux résultats expérimentaux. Les résultats ont été assez semblables. De plus, les résultats de la charge moyenne d'affaissement, de l'absorption d'énergie et de l'efficacité de la charge d'écrasement ont été examinés. Une erreur maximale de 11,2 centiles a été enregistrée par 4R sous flambement dynamique dans toutes les études.En outre, une plate-forme de conception numérique avec plusieurs nouveaux modèles cémentés a été proposée. Ces propositions se composent d'une famille de nouvelles zones de 6R et 4V, d'une mixte de zones 3R3V, 3R4V et 4R4V , et d'une matrice de zones 9R_WH,12R_HW, 12R_HW,12C et 9C. Parmi ces derniers, les modèles 3R3V ont montré de meilleures capacités d'absorption d'énergie, en simulation de flambement quasi statique et dynamique, que les autres, même pour ceux observés expérimentalement. En face, le gain d'absorption d'énergie pour 3R3V a été enregistré à 42% par des simulations quasi-statiques et à 18,7% par des simulations dynamiques. Outre l'adoption d'une longueur de course d'essai différente de 50 mm et 40 mm pour la simulation quasi statique et dynamique, respectivement, un grand écart en percentile peut être augmenté en raison de la nécessité d'utiliser une équation constitutive complexe pour le comportement dur et mou en fonction du taux de déformation.