Thèse soutenue

Modèles d'articulations dissipatives en dynamique multi-corps

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Auteur / Autrice : Rafael Penas ferreira
Direction : Etienne BalmèsNazih Mechbal
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
Date : Soutenance le 17/11/2021
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
Jury : Président / Présidente : Marcelo Areias Trindade
Examinateurs / Examinatrices : Etienne Balmès, Nazih Mechbal, Gaël Chevallier, David Ryckelynck, Benoît Petitjean, Arnaud Gaudin
Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Chevallier

Résumé

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Les simulations multi-corps sont utilisées dans l'industrie automobile pour garantir le respect des principaux objectifs de conception. Un point clé de la précision de ces simulations est la modélisation des articulations élastomères. En effet, elles nécessitent une modélisation précise des grandes déformations pour les manœuvres à fortes sollicitations, généralement associées à la sécurité active, et une modélisation correcte de la dissipation, pour la plupart des applications de confort. Le processus actuel de modélisation de ces articulations utilise des essais séparés dans chaque direction pour générer des modèles 0D avec une dissipation visqueuse linéaire.Les essais proposés et réalisés dans ce travail ont été utilisés pour caractériser séparément les effets des grandes déformations, de l'hystérésis indépendante de la vitesse et de la viscoélasticité. Les modèles pour chacun de ces comportements sont classés en modèles non-paramétriques, extraits directement des données, modèles paramétriques d'ordre ajustable, dont la précision dépend du nombre d'états internes, et modèles indépendants de l'ordre. L'utilisation de ratios de la branche statique non-linéaire avec les autres branches s'avère être un moyen efficace de modéliser le couplage entre la dissipation et les grandes déformations. La transition entre l'hystérésis et la viscoélasticité est présentée comme une conséquence de la viscoélasticité non linéaire et conduit à un bon accord avec les essais, démontré par la comparaison du module instantané proposé.L'influence du chargement dans les directions transversales à un axe donné est très difficile à obtenir à partir d'essais, mais nécessaire pour des modèles d’articulation précis. Les calculs par éléments finis sont tout à fait appropriés pour telles études, et comme ils nécessitent des modèles 3D, la transformation du modèle 0D proposé en un modèle matériau 3D est détaillée. Deux routines d'identification différentes pour les modèles 3D et 0D ont été proposées : une avec des fonctions objectif classiques pour le modèle de matériau et une graphique avec sélection d'ordre basée sur les modèles non-paramétriques. %Des graphiques synthétiques illustrant tous les comportements, réunissant la plupart des réponses, sont réalisés pour les éprouvettes de matériau et pièce.Malgré l'utilité des routines FE pour relier la géométrie et le comportement matériau, leurs temps de calcul caractéristiques sont trop importants pour être acceptables pour les applications multi-corps envisagées. Une combinaison de réduction cinématique et d'intégration hyper-réduite des équations du modèle est donc détaillée et il est démontré qu'elle atteint une précision suffisante et l'accélération nécessaire des temps de calcul. Le cadre mathématique pour l'intégration des modèles 3D réduits dans les routines multi-corps est décrit.Finalement, deux illustrations multi-corps sont détaillées. Le premier cas met en évidence le fait que les dissipations hystérique et visqueuse peuvent conduire à des réponses transitoires sensiblement différentes, confirmant la nécessité des propositions réalisées pour les modèles 0D. Le deuxième cas montre que le remplacement des modèles 0D actuels, relativement grossiers, par ceux développés dans ce travail devrait engendrer des modifications importantes sur les réponses.