Caractérisation mécanique de la glace aéronautique sous chargement rapide et développement d'une loi de comportement pour simuler des impacts de glace
Institution:
LyonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In order to guarantee the safety of passengers and aircrafts, numerous studies have been financed in recent years by the aerospace and aeronautics industry in order to characterize experimentally and then numerically simulate the ingestion by the aircraft engines of projectiles. Ice is an example of projectile that can impact aircraft engines during the fly. In this research framework, our work objectives are the high-speed experimental characterization of aeronautical ice and the developpement of a model that will simulate ice impacts on a structure. A synthesis of the various existing research and work on ice makes possible to take stock of the current knowledge of the ice material and to point out its weaknesses, in particular the lack of experimental data on aeronautical ice. Production protocols for different types of ice, sample processing protocol, transport method, electromechanical press test bench and split Hopkinson bars were developed. They make it possible to better understand the behavior of ice at high deformation velocities (influence of microstructure, influence of temperature and influence of deformation velocity). The last part details a model of behavior and general rupture applicable to fragile materials and more particularly to the ice under impact. It is a law of behavior elasto-damagebale with Mazars damage type, associated with modifications of Chuzel for its use in fast dynamics. The method of identifying the parameters of the law from the tests is also presented. The implementation of the law in the commercial code LS-Dyna is validated on simple cases before the numerical results are compared to the experimental results. This comparison has highlighted a defect inherent in the Mazars model of damage. A correction of the model is therefore proposed.
Abstract FR:
Afin de garantir la sécurité des voyageurs et des appareils, de nombreuses études ont été financées ces dernières années par l'industrie aérospatiale et aéronautique en vue de caractériser expérimentalement puis de simuler numériquement l'ingestion par les moteurs d'avion de projectiles en tout genre. La glace est un exemple de projectiles susceptibles d'impacter les moteurs d'avion pendant leur fonctionnement. Notre travail s'inscrit directement dans ce cadre de recherche avec l'objectif de caractériser expérimentale la glace aéronautique à haute vitesse et de développer un modèle qui permettra de simuler des impacts de glace sur une structure. Une synthèse des divers travaux et recherches existants sur le matériau glace permet de faire le point sur les connaissances actuelles du matériau glace et d'en pointer les faiblesses, notamment l'absence de données expérimentales sur les glace aéronautique. Les protocoles de fabrication de différent types de glace, le protocole d'usinage des échantillons, la méthode de transport, des banc d'essais sur presse électromécanique et sur barres d'Hopkinsons ont été développé. Ils permettent de mieux cerner les mécanismes du comportement de la glace à hautes vitesses de déformation (en mettent en évidence le rôle de la microstructure, le rôle de la température et l'influence de la vitesse de déformation). La dernière partie détaille un modèle de comportement et de rupture général applicable aux matériaux fragiles et plus particulièrement à la glace sous impact. Il s'agit d'une loi de comportement élasto-endommagebale avec endommagement de type Mazars, associé aux modifications de Chuzel pour son utilisation en dynamique rapide. La méthode d'identification des paramètres de la loi à partir des essais est également présentée. L'implémentation de la loi dans le code commercial LS-Dyna est validée sur des cas simples avant que les résultats numériques ne soient confrontés aux résultats expérimentaux. Cette comparaison a mis en lumière un défaut inhérent au modèle d'endommagement de type Mazars une correction du modèle est donc proposée.