solution mésostructure pour l'amortissement dans des conditions extrêmes : application aux amortisseurs spatiaux

mesostructure solution for damping in extreme conditions : application to space shock absorbers

• Auteur / Autrice : Noe Venet
• Direction : Pascal Laheurte, Laurent Weiss
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 18/11/2024
• 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 1 : Mécanique des Matériaux, des Structures et du Vivant (MMSV)

Mots clés

Mots clés libres

Mésostructure

Choc

Absorption

Condition extreme

Fabrication additive

Espace

Mesostructure

Shock

Absorption

Extreme condition

Additive manifacturing

Space

Résumé

Pour effectuer des actions mécaniques telles que accouplements, désaccouplements, ouvertures et fermetures de panneaux, vannes etc… il faut disposer d'une énergie mécanique qui est généralement beaucoup plus grande que celle nécessaire à minima. Ce surplus d'énergie peut provoquer un endommagement du dispositif et générer également des chocs et vibrations dans la structure. Il provient des marges imposées par les normes et doit être maitrisé et transformé en grande partie en chaleur. Différents dispositifs ont été mis au point et on peut citer par exemple les structures déformables utilisées en automobile pour réduire les effets du choc en cas de collision. La particularité du domaine spatial se situe principalement dans les restrictions imposées par l'environnement et par les normes aérospatiales. On peut citer : -La plage de température, -120 à +120 °C -Le fonctionnement sous vide -L'exclusion de tout rejet, dégazage, mini ou microparticules de matière -Résister aux conditions de vibration et choc pendant le lancement -Stabilité chimique et mécanique (si sous contrainte) dans le temps -Résister aux conditions de rayonnement/irradiation en milieu spatial -Encombrement et masse -Reproductibilité, fiabilité -Etc … L'absorbeur est généralement à usage unique (déformation plastique, frottement, ?) et doit pouvoir être facilement remplaçable dans le dispositif au cours des tests. Son comportement doit être maitrisé afin d'assurer une reproductibilité satisfaisante. Il faut noter que dans de nombreux cas le matériau sera sollicité à grande vitesse de déformation. On peut également envisager des absorbeurs réutilisables (alliages à mémoire de forme) L'étude consistera dans un premier temps de faire une synthèse critique des dispositifs déjà utilisés à la fois en aérospatiale et dans d'autres domaines. Dans un deuxième temps, proposer une approche méthodologique de la conception d'un absorbeur à partir d'un petit nombre de paramètres tels que, la masse et la vitesse de la partie mobile du déclencheur, la décélération souhaitée, la force acceptable sur la structure. Le choix d'un matériau sera également envisagé. Dans un troisième temps, on étudiera l'utilisation des alliages à mémoire de forme comme matériau absorbeur de choc. Le but recherché avec des absorbeurs réalisés dans ces matériaux serait d'être réutilisables. La superélasticité en austénite à fort hystérésis ou la réorientation des variantes à l'état martensitique sont en mesure de dissiper de l'énergie mécanique. On pourrait alors, réutiliser ces absorbeurs grâce au retour à l'état initial par superélasticité ou par réchauffage (mémoire de forme).

To carry out mechanical actions such as coupling, uncoupling, opening and closing panels, valves, etc., you need mechanical energy that is generally much greater than the minimum required. This excess energy can cause damage to the device and also generate shocks and vibrations in the structure. It comes from the margins imposed by the standards and must be controlled and largely transformed into heat. Various devices have been developed, such as the deformable structures used in cars to reduce the effects of impact in the event of a collision. The particularity of the space sector lies mainly in the restrictions imposed by the environment and by aerospace standards. These include - The temperature range, -120 to +120°C - vacuum operation - Exclusion of any discharge, outgassing, mini or micro-particles of material - Resistance to vibration and shock during launch - Chemical and mechanical stability (if under stress) over time - Withstand radiation/irradiation conditions in the space environment - Size and mass - Reproducibility and reliability - etc. The absorber is generally disposable (plastic deformation, friction, etc.) and must be easy to replace in the device during testing. Its behaviour must be controlled to ensure good reproducibility. It should be noted that in many cases the material will be subjected to high-speed deformation. Reusable absorbers (shape memory alloys) may also be considered. The study will begin with a critical review of the devices already used in aerospace and other fields. Secondly, to propose a methodological approach to the design of an absorber based on a small number of parameters such as the mass and speed of the moving part of the release, the desired deceleration and the acceptable force on the structure. The choice of material will also be considered. Thirdly, the use of shape memory alloys as shock absorbing materials will be studied. The aim of shock absorbers made from these materials is to make them reusable. Superelasticity in austenite with high hysteresis or the reorientation of variants in the martensitic state are capable of dissipating mechanical energy. These absorbers can then be reused by returning them to their initial state through superelasticity or reheating (shape memory).