Etudes des propriétés et des performances d'une protection balistique légère avec dépôts soudés 3D bicouches

Study on the performance and properties of a lightweight ballistic protection with bi-layered 3D welded deposits

• Auteur / Autrice : Antoine Monnet
• Direction : Antoine Guitton, Alexis Rusinek
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 13/09/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : DEPARTEMENT 2 : Ingénierie des Microstructures, Procédés, Anisotropie, ComportemenT (IMPACT)

Mots clés

Mots clés libres

Dynamique des matériaux

Mécanique expérimentale

Analyse microstructurale

Simulation numérique d'impacts

Balistique terminale

Dynamics of materials

Experimental mechanics

Microstructure analysis

Numerical simulations of impacts

Terminal ballistics

Résumé

La thèse proposée se concentre sur l'étude des matériaux et structures utilisés comme protection balistique passive contre les impacts de menaces cinétiques. Le sujet concerne les composites métalliques associant un support à base d'acier sur lequel un autre matériau métallique aux propriétés différentes est déposé par une technique de soudage spécifique. Les composites métalliques bicouches résultants offrent de nouvelles possibilités pouvant améliorer leur résistance aux impacts à grande vitesse et pouvant être applicables à la protection des systèmes terrestres et navals. L'un des objectifs de la thèse est de tester et de décrire les composites métalliques à l'étude qui sont encore considérés comme des structures aux nombreuses caractéristiques non identifiées du point de vue de leurs propriétés et leurs performances. Ainsi, les propriétés mécaniques, en fatigue et dynamiques du substrat de base, du dépôt, de l'interface entre eux et de l'ensemble seraient caractérisées. Une analyse approfondie des caractéristiques microstructurales du composite est également prévue. Une approche adéquate pour décrire les performances des structures bicouches sous des chargements dynamiques devrait être proposée par la suite. Un autre objectif serait d'identifier une stratégie de modélisation numérique adaptée qui permette la simulation par éléments finis des composites métalliques étudiés. Sur la base des résultats, la phase suivante de l'étude impliquerait une optimisation et un prototypage supplémentaire des structures à l'étude du point de vue de leur géométrie, des matériaux utilisés, de leurs microstructures et de leur résistance à l'impact. Un laboratoire de balistique terminale hautement instrumenté accueillera le programme d'essais expérimentaux de vérification, qui comprendra également les menaces militaires opérationnelles actuelles.

The proposed thesis focuses on studies on materials and structures used as the passive ballistic protection against impacts of kinetic threats. The topic concerns metallic composites combining a steel base support on which another metallic material with different properties is deposited by a specific welding technique. The resulted bi-layered metallic composites offer new possibilities enhancing the resistance to high-velocity impacts, becoming an improvement applicable in protection of land and naval systems. One of the goals of the thesis is to test and describe the discussed metallic composites, which are still considered to be the structures with many unidentified features in terms of both the material characteristics and performance. Therefore, the mechanical, fatigue, and dynamic properties of the base substrate, the front layer deposit, as well as the interface between them and finally, the assembly as a whole, would be characterized. A thorough analysis of the microstructural characteristics of the composite is also scheduled. An adequate approach for describing the performance of the bilayer structures under dynamic loadings should be further proposed. Another objective would be to identify an adapted numerical modeling strategy that enables FEM simulations of the discussed metallic composites. Based on the findings, the study's next phase would involve an optimization and further prototyping of the specified structures in terms of their geometrical, material, microstructures, and ballistic-resistance properties. A highly instrumented terminal ballistics laboratory will host the verification experimental testing program, which will also include actual operational military threats