Contribution au développement d'une méthodologie de conception au choc des véhicules automobiles en phase d'avant projet
Institution:
ValenciennesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
During the design phase, the manufacturer wants to have access to a simulation and crash optimization methodology which enables him to have a quick and rough idea about the behaviour of several alternative designs. The localized large plastic deformation of a structure allows one to apply rigid body dynamics to model large plastic deformation of the structure by using generalized spring elements to represent the plastic characteristics of the structural components. A spatial multibody system with natural coordonates wich are Cartesian coordinates of points and components of vectors is described. This description of the multibody system is used in conjunction with Kane’s method to obtain the dynamical equations of motion. Distinct kinematic models have been developed in order to analytically determine the resistance to collapse of thin-walled structures, of relativity complex geometry, subjected to compression or bending loading. An original method for the localization of the large plastic deformation based on the comparison between analytical results for the local components and a global beam finite element model is presented. The localization method determine the number and position the deformation joints so as to optimize the calculation time and improve the characteristics of the non-linear springs for the pre-collapse stage in the case of dynamic loading and for complexes structures. We validate these analytical models with finite element calculations and experimental tests. Using an example of a double curvature “S” frame undergoing a collision against a rigid block, the spatial multibody modelling and the localization method are tested where translational and rotational springs are supplied by the results of kinematic models and beam elements. After comparison between this simplified modelling’s results and the FE numerical calculations, this approach appears to be a promising tool for rapid estimations of crash behaviour of car structures.
Abstract FR:
En phase d'avant-projet, les constructeurs automobiles veulent avoir accès à une méthodologie de simulation et d'optimisation au choc qui permet d'avoir une idée rapide du comportement des différentes conceptions. Les grandes déformations plastiques localisées lors du choc d'une structure rendent possible l'utilisation de la dynamique des multi-corps en modélisant celles-ci par des ressorts non-linéaires. Nous présentons les coordonnées naturelles qui permettent de décrire rapidement un modèle multi-corps d'une structure automobile avec un minimum de variables. Nous associons à cette description le principe de Kane pour la formulation des équations du mouvement. Nous développons des modèles cinématiques de manière à déterminer analytiquement la résistance à l'effondrement de structures à parois minces, de géométrie complexe, soumises à des chargements de flexion et de compression. Une méthode originale de localisation des grandes déformations plastiques est présentée. Elle couple les résultats analytiques pour les composants locaux et ceux d'un modèle élément finis poutre. Cette méthode détermine le nombre et la position des joints de déformation, afin d'optimiser les temps de calcul, et améliore les caractéristiques des ressorts non-linéaires pour la phase de pré-effondrement pour des chargements complexes. Nous confrontons les modèles analytiques à des simulations numériques ainsi qu'à des essais expérimentaux. En utilisant un exemple d'un longeron en « S » de type automobile, la modélisation multi-corps développée, les modèles analytiques et la méthode de localisation sont validés sur un modèle éléments finis de référence. Les résultats obtenus font de cette approche un outil performant pour une estimation rapide du comportement au choc des structures automobiles.