Contribution au développement des méthodes numériques de traitement des interactions corps durs-corps mous : application au crash, aux collisions ou aux chocs
Institution:
ValenciennesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In the frame of the EU SEAWORTH project, impact tests on water were realised using basic sub-structures. The idea was to validate available physical models and numerical tools compared with the test results. But the basic tests turned to be already too complex to reach the objective. For instance, some of the pressure responses, measured with piezo-resistive transducers presenting a small chamber, were hardly understandable and explainable (oscillations, depression, ). A Research work was then initiated to define and set up a coupled Fluid/Structure laboratory test case which would help in understanding these results. The Research idea is to use the pressure transducer as a specimen for validation of this investigation. The definition of a specific experimental device enables to run a campaign of parametric tests of water droplets impacts on the pressure transducer. An experimental design is carried out to evaluate the influence of the parameters (speed, drop diameter, cavity filling ratio of the pressure transducer, offsetting. . . ) to the pressure measurement. The Research work concludes that the pressure response is greatly dependent on the nature and volume of the fluid which initially fills the chamber of the transducer, and that a dynamic thermal compensation of the transducer is absolutely necessary. These tests also constitute an experimental database which improves the understanding of the pressure measurements in the scope of the SEAWORTH program. Then, some tests are simulated with different numerical approaches (Lagrangian, ALE, SPH for the fluid) with a structural analysis explicit code to evaluate their validity. For that, a characterisation transducer parts (geometry, material) is carried out in order to model them finely. The numerical/experimental comparisons show that none of the numerical methods is able to correctly simulate the reference test cases.
Abstract FR:
Lors du programme européen 'SEAWORTH', des essais "élémentaires" d'impacts de sous-structures sur l'eau furent réalisés à des fins de validation de modèles physiques et d'outils de simulation numériques. Les essais élémentaires effectués à l'époque apparurent déjà trop compliqués vis-à-vis de l'objectif fixé. Par exemple, certaines des mesures de pression obtenues dans le cadre du SEAWORTH avec des capteurs de pression piézorésistif à chambre s'avérèrent difficilement interprétables (oscillations, dépression. . ). Une réflexion fut alors initiée sur le sujet de la définition et de la mise en œuvre d'un essai de référence couplé fluide/structure. Pour dérouler cette démarche jusqu'à son terme, l'idée d'utiliser le capteur de pression (présentant une cavité) comme éprouvette de validation s'est naturellement imposée. La définition d'un dispositif expérimental spécifique a permis de procéder à une campagne d'essais paramétriques de chutes de gouttes d'eau sur le capteur de pression. Un plan d'expérience a été mené pour évaluer l'influence des paramètres (vitesse, diamètre de la goutte, taux de remplissage de la cavité du capteur, excentration ) sur la mesure de pression. La recherche met en évidence une forte dépendance des profils de pression mesurés à la nature du fluide emplissant initialement la chambre du capteur, et un problème de compensation thermique dynamique. Ces essais permettent de fournir une base de donnée expérimentale et d'améliorer la compréhension des mesures de pression relevées à l'occasion du programme SEAWORTH. Certains essais font ensuite l'objet de simulations numériques par éléments finis (Lagrangien, ALE, SPH pour le milieu fluide) à l'aide d'un code d'analyse structurale explicite. Pour cela, une caractérisation des constituants (géométrie, matériau) du capteur est effectué afin de le modéliser finement. La comparaison numérique/expérimentale montre qu'aucune méthode numérique testée n'est capable de simuler correctement les essais de laboratoire.