Bibliographie & annexes
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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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Dimensionnement des assemblages ponctuels
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1. Généralités
Les exigences en matière de sécurité dans le domaine des transports augmentent alors même que les industriels du secteur souhaitent réduire leurs délais de conception en employant le plus possible l’outil de simulation numérique . Les tailles des modèles éléments finis (EF) utilisés pour l’étude du crash dans les moyens de transport se comptent aujourd’hui en centaines de milliers d’éléments de coques (pour exemple 105 pour une automobile, 2 · 105 pour un avion commercial et 5 · 105 pour un train). Cette finesse se justifie par la nécessité de modéliser finement la géométrie des pièces pour représenter les modes de comportement fortement non linéaires rencontrés lors de la ruine des structures. Ces modèles comptent également des dizaines de milliers d’éléments de liaison à l’échelle macroscopique (figure 1) permettant de modéliser les assemblages de pièces (par exemple, rivets, points soudés) et leur rupture. Enfin, la simulation de ce type de modèle requiert un nombre important d’heures de calcul (de l’ordre d’une centaine) d’un supercalculateur pour obtenir la déformation finale de la structure. Quelques modèles EF présentés dans la figure 22 illustrent le type de modélisations entreprises à ce jour à l’ONERA dans le domaine du crash et de l’impact des structures.
La simulation EF nécessite l’identification de caractéristiques mécaniques et physiques élémentaires. Les travaux menés dans le domaine de la caractérisation des matériaux métalliques permettent d’alimenter la partie physique des modèles qui leur est relative. Ces recherches reposent plus particulièrement sur l’expérimentation aux moyennes et grandes vitesses de déformation...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DRAZÉTIC (P.), LANGRAND (B.), MARKIEWICZ (E.), al - Outils de conception au choc : un panorama. - Mécanique et Industries, 4, p. 51-61 (2003).
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(3) - HAUGOU (G.) - Moyens d’essais de caractérisation de lois de comportement matérielles en dynamique moyennes vitesses. - Thèse de doctorat de l’université de Valenciennes (2003).
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(4) - JOHNSON (G.R.), COOK (W.H.) - A constitutive model and data for metal subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. - 7th symp. on Ballistics, The Hague (The Nederlands), avr. 1983.
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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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