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RÉSUMÉ
L’étude du comportement des assemblages ponctuels nécessite l’apport de l’expérimentation et celui de la modélisation numérique. En effet, les essais traditionnels ne suffisent pas à appréhender le degré de complexité des phénomènes mécaniques et thermiques en jeu, vu le nombre important des paramètres liés au dimensionnement des assemblages. L’article présente donc conjointement les méthodes d’analyse du comportement et de la rupture des assemblages ponctuels, ainsi que les outils de modélisation 3D numérique disponibles pour compléter cette approche.
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Bertrand LANGRAND : Centre ONERA de Lille - Département Mécanique du Solide et de l’Endommagement - Unité Résistance et Conception des Structures
INTRODUCTION
L’article est consacré aux outils et aux méthodes d’analyse du comportement et de la rupture des assemblages ponctuels. Les travaux sont menés dans un contexte visant à alimenter les données d’entrée des modèles éléments finis dédiés à la modélisation de ce type d’assemblage, dans les simulations de ruine dynamique des structures. La bibliographie montre que l’étude des assemblages requiert souvent des approches couplées numériques et expérimentales. L’étude débute par les phénomènes mécaniques (éventuellement thermiques ou métallurgiques) engendrés par la mise en œuvre industrielle de l’assemblage (soudage, rivetage, etc.). Cette mise en œuvre mène à des modifications des caractéristiques matérielles, géométriques et structurales, dont il est possible d’évaluer l’influence sur la tenue mécanique des assemblages en situation de service. La modélisation 3D numérique est en effet un outil qui permet d’étudier finement le comportement de l’assemblage jusqu’à la ruine. Elle permet d’évaluer l’évolution d’un plus grand nombre de variables d’état difficilement accessibles par l’expérimentation seule et de dériver des modèles de comportement et des critères de rupture macroscopiques à l’échelle du modèle de la structure. Une problématique importante concerne l’expérimentation sur les assemblages. L’analyse montre que les essais classiques ne permettent qu’une caractérisation partielle voire parfois incorrecte des modèles. Ils permettent difficilement l’accès au comportement intrinsèque des fixations. Ce dernier est souvent masqué dans la réponse d’une éprouvette pour laquelle des nombreux paramètres sont cachés ou mal appréhendés. L’intérêt des nouvelles procédures expérimentales est d’être discriminantes du point de vue des modèles de liaison, de comportement et des critères de rupture utilisés en calcul des structures, et de participer ainsi à leur amélioration.
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7. Conclusion - Perspectives
L’étude du comportement des assemblages fait appel aux domaines de l’expérimentation et de la modélisation numérique. Le degré de complexité des expérimentions ou des modèles numériques (3D ou simplifiés) illustre la complexité des mécanismes mis en jeu. Le nombre important des paramètres liés au dimensionnement des assemblages limite inexorablement la prospection expérimentale. L’alternative numérique est fondée sur la modélisation 3D et sur la caractérisation de modèles de comportement élastoplastique (éventuellement visqueux), d’endommagement et de rupture des matériaux constituant l’assemblage. Une fois cette étape franchie et validée, l’outil de simulation numérique peut être utilisé comme une méthode de prototypage virtuel pour étudier l’influence de divers paramètres (ou choix technologiques). La diversité des matériaux dans les structures modernes (métalliques, composites, polymères, etc.), donc notamment au niveau des assemblages, pose le problème de la modélisation du comportement et des multiples modes de ruine de ces matériaux en particulier composites. De même, une problématique toujours ouverte concerne la dépendance à la finesse du maillage éléments finis de ces modèles, en particulier en ce qui concerne la prédiction de la rupture (problématique du critère de rupture), ainsi que le calcul et la prise en compte des effets de la vitesse de déformation et de la température qui sont des variables d’état de certaines lois de comportement des matériaux (métalliques, composites, polymères, etc.).
Il a été choisi de distinguer le comportement de la fixation de celui de la tôle (perforée dans le cas de l’assemblage riveté). Les méthodes et modèles découlent donc de cette hypothèse forte. Dans le cas de la tôle perforée, de nombreux développements restent à venir. En particulier, le développement de l’élément de coque fragilisé alimenté par les résultats de la méthode d’homogénéisation. Une fois cette première étape d’implémentation franchie, il sera nécessaire d’étudier l’influence de la vitesse de chargement sur la fragilisation structurale afin d’introduire une éventuelle influence dynamique dans les modèles (TFA et/ou élément de coque fragilisé). La finalité de ces travaux vise à coupler les éléments...
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BIBLIOGRAPHIE
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(5) - SYMONDS (P.S.) - Survey of methods of analysis for plastic deformation of structures under dynamic loading. - Brown University, Report BU/NSRDC, janv. 1967.
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(6) - JONES...
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