Caractérisation statique et dynamique de tubes en bois pour des applications de crash

Static and dynamic characterization of wood based tubes for crash applications

• Auteur / Autrice : Romain Guélou
• Direction : Florent Eyma, Arthur Cantarel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe Matériaux et Structures Composites (Toulouse, Haute-Garonne)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florent Eyma, Arthur Cantarel, Abdellatif Imad, Patrick Rozycki, Bruno Castanié, Louis Etienne Denaud, Samuel Rivallant
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abdellatif Imad, Patrick Rozycki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois

Composites

Matériaux sandwichs

Mots clés libres

Composites

Structures sandwichs

Mise en œuvre

Bois

Crash

Composites

Sandwich structures

Manufacturing

Wood

Crash

Résumé

L’allégement des structures et la réduction des coûts font partie des préoccupations majeures du secteur des transports. Le développement de solutions multifonctionnelles est particulièrement efficace pour répondre à ces préoccupations. Une alternative aux solutions actuelles, orientées vers des fibres techniques classiques, nous a conduit à envisager l’utilisation de matériaux sandwichs à base de bois. Ces matériaux, à la fois efficaces en termes de réductions de CO2 et de recyclabilité, se sont avérés particulièrement performants aux regards des essais statiques et dynamiques réalisés lors de précédents travaux de recherche au laboratoire. Des matériaux sandwich avec âme bois et peaux en aluminium ou fibres de lin ont notamment été identifiés comme d’excellents candidats, capables de dissiper une quantité importante d’énergie et conservant après impact leur intégrité mécanique. Dans la suite de ces résultats prometteurs, nous avons fabriqué et caractérisé en statique et en dynamique des tubes. Les tubes n'ayant uniquement que du peuplier ont montré des niveaux d'énergie en statique et en dynamique très intéressant de l'ordre de 1 600J pour une SEA de 30J/g. Ces essais nous ont permis d'en savoir plus sur le comportement du bois au crash et quand à l'influence de l'orientation des placages de peuplier. Des tubes sandwichs avec une âme peuplier montrent également des résultats et un couplage des matériaux bois et composites) intéressants (60J/g). Enfin, des écrasements de tubes avec une âme en bouleau montrent également des capacités d'absorption d'énergie intéressantes (66J/g).

Cost reduction and weight efficiency are major concerns of all transportation industry. Multifunctional solutions are particularly interesting regarding those preoccupations. An alternative to classical composites materials with high performance fibers lies on wood based sandwiches. Those materials booth extremely efficient in terms of CO2 and waste reduction, have proven their performance regarding static and dynamic tests previously performed in the laboratory. Sandwich structures with wood core and aluminum or flax fibers composite skins are particularly interesting for dissipating an important quantity of energy during a crash while keeping its integrity for compression after impact tests. Following these promising results, we fabricated and characterized tubes in statics and dynamics. The tubes having only poplar showed very interesting static and dynamic energy levels of the order of 1600J for an SEA of 30J / g. These tests allowed us to learn more about the behavior of wood in the crash and about the evolution of the orientation of poplar veneers. Sandwich tubes with a poplar core are also interesting results and a coupling of wood and composite materials. Finally, crushing tubes with a birch core also show interesting energy absorption capacities (66J/g).