Le but de ce travail dans le thème "Modélisation de structures composites" est la modélisation en flexion de structures sandwiches. Les étapes principales de cette étude sont : la détermination des constantes élastiques du matériau par une homogénéisation numérique à l'aide du logiciel "Samcef" ; le développement analytique et l'implémentation dans le logiciel de calcul formel "Mathematica" de modèles raffinés de la flexion 3 et 4 points ; la validation expérimentale des différents modèles développés. Il est important de noter la mise en œuvre de nouveaux moyens de mesure tels que la stéréocorrélation d'images et l'interférométrie laser pour la mesure de déformations, des déplacements et des contraintes.

In spite of his great applied interest, the tensile strength of brittle materials, and chiefly that of ceramics, is difficult to measure directly by classical tensile tests. This results from the difficulties induced both by the samples machining and their grip on the testing machine. So, it is common to perform indirect determinations on the basis of strength values obtained in 3 or 4 points bending tests on prismatic samples. In the case of massive or hollow cylindrical samples, the diametral compression tests seem to be the best measurement technique, but these tests require refined experimental approach to lead to significant results. In order to characterise these care, two original experimental devices, one dedicated to massive cylinders, the other to hollow cylinders, have been built. The comparison of results thus obtained with those given by the classical bending tests permits to specify the validity and the limits of the techniques here developed.

Il s'agit de prévoir le comportement dynamique d'un démarreur de moteur d'avion dans le cas d'un redémarrage en vol. Une modélisation du système en torsion est réalisée, prenant en compte les raideurs d'engrenages, les jeux, et la non-linéarité de l'embrayage de type roue libre. Trois types d'éléments sont nécessaires à la modélisation du démarreur : arbre en torsion avec amortisseurs, liaison engrenage avec raideur, jeu et amortisseurs, roue libre embrayage avec raideur non-linéaire. Le système est étudié en régime transitoire dans la phase de réengagement (redémarrage en vol). La montée en vitesse de la turbine à air engendre un couple variable en fonction du temps. Un amortissement localisé sur le moteur d'avion permet de simuler le ralentissement du moteur. Les vitesses des différents éléments, ainsi que les couples supportés par l'arbre de transmission sont examinés. La possibilité de glissement entre les bagues de la roue libre au moment de l'embrayage est simulée, faisant apparaître un surcouple important dans l'arbre de transmission.

Cet article porte sur l'utilisation de techniques d'analyse de processus statistiques pour la détection et la localisation d'endommagements structuraux à partir de mesures vibratoires.La première approche proposée dans ce travail se base sur la méthode d'identification des sous-espaces stochastiques pour construire un modèle de Kalman représentatif de l'état initial (de référence) de la structure. Ce modèle est alors utilisé pour réaliser une prédiction des réponses nouvellement mesurées. L'analyse statistique de l'erreur de reconstruction du modèle permet de définir un critère de détection de l'apparition d'un défaut. L'intérêt de cette méthode est que seule l'identification du modèle pour les données de référence est nécessaire. La détection de l'endommagement peut alors être effectuée de manière automatique par surveillance de la structure sans nécessiter de nouvelle identification.Dans la seconde approche, l'analyse en composantes principales des réponses est utilisée pour extraire les directions principales (les caractéristiques) permettant de définir un sous-espace représentatif du comportement dynamique de la structure. Le moindre changement dans la réponse d'un capteur affecte l'espace sous-tendu par l'ensemble de tous les capteurs. Par conséquent, la comparaison entre les sous-espaces correspondant respectivement à la structure saine et la structure actuelle (potentiellement endommagée) permet de détecter l'apparition éventuelle d'un endommagement. L'analyse en composantes principales peut également être réalisée sur un sous-ensemble de capteurs dans le but de localiser le(s) capteur(s) responsable(s) de l'apparition du défaut, et par conséquent, la sous-structure endommagée.

Ce travail est dédié à l'approche avancée pour modéliser et simuler un procédé de mise en forme de tôles minces par emboutissage dans l'objectif d'optimiser l'évolution de l'endommagement au cours du formage. La méthode proposée permet de prédire l'instant et l'endroit d'apparition de l'endommagement dans une pièce mécanique avant sa réalisation physique. Une approche locale basée sur le couplage fort entre le comportement élasto-plastique anisotrope à écrouissage mixte (isotrope et cinématique) non-linéaire et un endommagement ductile supposé isotrope est proposée. Les aspects numériques et théoriques des équations constitutives du modèle couplé seront présentés ainsi que la réduction des équations. La résolution globale du système d'équations est réalisée par un schéma dynamique explicite. La procédure est appliquée à la prévision de défauts dans un procédé d'emboutissage de type Swift. En dernier les résultats des simulations sont comparés à ceux de l'expérience.

Cet article présente un modèle de connaissance pour mieux comprendre et expliquer les mécanismes à l'origine de la formation de la soudure dans le procédé de soudage par point en nous limitant ici au cas d'assemblages symétriques de tôles nues en acier extra-doux. Dans une première approche, on considère un modèle simplifié prenant en compte les couplages entre les phénomènes électrique, thermique et métallurgique dans l'assemblage mais en supposant les surfaces de contact constantes aux interfaces électrode-tôle et tôle-tôle. Dans une seconde approche le modèle est complété par un calcul mécanique qui permet de calculer les évolutions des surfaces de contact. Les résistances de contact électrique et thermique sont mesurées en fonction de la température et de la pression sur un dispositif expérimental conçu à cet effet. La variation des profils des électrodes en fonction du nombre de soudures réalisées et ses conséquences sur les surfaces de contact sont de même présentées. Le modèle numérique est validé en comparant, d'une part, la taille et la forme des points soudés relevées expérimentalement et calculées numériquement et, d'autre part, les cinétiques thermiques mesurées et calculées dans les électrodes et les tôles. Les techniques d'instrumentation mises au point visent à limiter les perturbations inévitables générées par l'intrusion des capteurs. Les hypothèses et les jeux de données considérés dans le modèle pour définir les conditions interfaciales sont enfin discutés.

Le pliage, en tant que procédé, est une opération de mise en forme à froid d'un matériau plat avec ou sans lubrification, obtenue par dépassement de sa limite élastique. Après recul des outils et relâchement des contraintes, il se produit un retour élastique à l'issue duquel persiste une déformation permanente dépendant des paramètres du pliage utilisés. Ce travail constitue une analyse de ce procédé par la méthode des éléments-finis (EF). On se contente dans l'étude de présenter une méthode numérique fiable pour la prédiction de l'effort de pliage et la distribution de champs des contraintes dans la tôle déformée. La fiabilité d'une telle prédiction dépend de plusieurs paramètres tels que le frottement, les propriétés de matériau et de l'endommagement. Le modèle proposé est développé selon un critère élasto-plastique de type von Mises intégrant le mécanisme d'endommagement tel que formulé par Lemaître en 1985. Le comportement du matériau à l'interface tôle/poinçon est modélisé par la loi de frottement de Coulomb. Le modèle étant développé et la maquette numérique construite sur ABAQUS/Standard, le calcul peut être effectué dans tout le domaine de variation des paramètres considérés. L'influence du rayon de la matrice et du jeu tôle-poinçon a été analysée. Les résultats ont été analysés par la méthode des surfaces de réponse (RSM). L'utilisation des surfaces représentatives pour toutes les combinaisons considérées a pour objectif d'optimiser le procédé et d'identifier le paramètre le plus influant sur la qualité finale de la pièce. La technique d'optimisation par les plans d'expériences qui a été adoptée a conduit à minimiser les contraintes de traction et de compression localisées dans les zones les plus endommagées. Les résultats obtenus montrent la robustesse du modèle proposé et sont analysés en détail dans cette étude.

La modélisation de l'usure superficielle nécessite la mise en place d'un outil numérique de calcul des puissances dissipées lors du roulement sous charge de galets sur des pistes de came [1]. Compte tenu des dispersions relatives aux défauts géométriques et aux paramètres mal connus comme le coefficient de frottement par exemple, l'étude s'oriente vers une approche probabiliste [2] où le nombr e de cas simulés devient très grand et hors d'atteinte en des temps de calcul CPU raisonnables par une approche exacte. L'utilisation d'une approche simplifiée est alors nécessaire pour le calcul de la puissance dissipée dans le cas non hertzien généré par l'usure. Pour quantifier la précision (ou l'incertitude) d'une telle approche, nous présentons et discutons les choix qui ont été réalisés ; en particulier, l'approche simplifiée proposée par Kalker [3] est comparée avec les solutions de l'approche exacte, puis nous proposons des améliorations aux approches semi-hertziennes déjà utilisées dans [4] ou [5].

Le travail traite de l'utilisation de patchs composites pour le renforcement des structures métalliques. De nombreuses études ont été menées dans le passé sur la réparation des structures vieillissantes déjà fissurées, notamment dans le domaine de l'aéronautique. La voie étudiée ici consiste à prévenir l'apparition des fissures en collant un patch composite sur la zone à soulager ou dans son voisinage. Par analogie aux solutions adoptées en réparation, une première approche du renforcement étudiée ici consiste à coller un patch de forme carrée. Ensuite, une liberté est donnée à la géométrie du patch. Une courbe spline est choisie afin de modéliser son périmètre. Un algorithme génétique est utilisé pour optimiser les positions des points de contrôle de la courbe, ainsi que l'orientation des plis du composite. L'optimisation est appliquée dans le cas d'un essai de traction sur une plaque trouée. La solution permet une déviation des contraintes loin de la zone sensible et montre l'intérêt d'un patch de géométrie optimisée par rapport à un patch de forme carrée.

Le présent article développe une approche permettant d'évaluer les erreurs statistiques commises sur les paramètres modaux obtenus lors d'une identification déterministe, c'est-à-dire lorsque l'excitation peut être mesurée. À partir des résultats d'une identification, la question de la validité des résultats se pose, en particulier en ce qui concerne les taux d'amortissement, souvent identifiés avec une faible précision. L'évaluation des erreurs sur ces paramètres permet alors de fournir un intervalle de confiance, et par là d'évaluer la qualité de l'identification. À partir de l'algorithme d'identification de sous-espaces N4SID, l'article développe une formulation permettant d'obtenir les erreurs statistiques sur les paramètres obtenus. Cette formulation est ensuite validée et discutée sur l'exemple d'un système masse-ressort-amortisseur à 5 degrés de liberté, puis sur une structure expérimentale représentant un bâtiment à deux étages.

L'objectif de cette étude est de définir à terme un outil fiable de dimensionnement d'assemblages collés pour favoriser l'utilisation de cette technique d'assemblage, en particulier, dans le domaine des structures marines et sous-marines. Un dispositif de type "Arcan", adapté pour l'étude du comportement d'un assemblage "métal-métal", a été développé pour se concentrer sur l'analyse du comportement de la colle en films minces. Pour analyser la cinématique de la déformation du joint de colle nous avons utilisé un système de mesure sans contact par corrélation d'images. Ainsi différentes caractéristiques du comportement non-linéaire de la colle ont été observées. Les premiers résultats obtenus pour les collages mixtes (acier, aluminium, composite) montrent des comportements similaires de la colle pour la procédure proposée. De plus, des contrôles de qualité par DSC, et des études de cuisson par DMA sont réalisées pour vérifier la conformité de la procédure de collage.

This paper presents the parametric analysis of ply properties on composite cylinder design for satellites. The composite cylinder is modelled as a sandwich construction type with honeycomb as a core and a multi-layer laminate composed of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) plies as a skin. A design algorithm is developed with the help of C programs interfaced with IDEAS EDS for finite element analysis. During simulation, the different subsystems and panels are idealised as a mass load applied at their centre of gravities. Different parameters such as aspect ratio, ply orientation and number of plies have been analysed for arriving optimum design satisfying the static and frequency constraints. This approach is well implemented in the design and development of composite cylinder for different satellites and their validation with tests are under development.

Une approche multi-échelles de la corrélation d'images numériquesest présentée. Elle permet de résoudre précisément lesfluctuations du champ de déplacement. Cette technique de mesureest ensuite appliquée à des essais de compression et d'arrachementréalisés sur laine de verre crêpée. Les champs de déplacement etde déformation sont alors déterminés. Cette méthode révèle, lorsde la réalisation d'essais de compression, des hétérogénéités dedéformation, prémices de la localisation, bien avant le plateau decontrainte. Les essais d'arrachement permettent d'identifierl'amorçage et la propagation de fissures. La fiabilité et larésolution des champs de déplacements et de déformations sontvalidées en utilisant différents paramètres lors de l'analyse parcorrélation.

En première approximation, l'étude de l'action des vagues sur les structures, fixes ou flottantes, se fait dans le cadre de théories linéarisées. Les manifestations d'effets non-linéaires sont cependant nombreuses et ont diverses origines : non-linéarités mécaniques, variations de surface mouillée, effets visqueux (séparation), non-linéarités des conditions de surface libre. On ne considère ici que ce dernier type de non-linéarité. Deux approches sont décrites, où la mise en équation est dans les deux cas basée sur la théorie potentielle. Des applications sont présentées pour deux géométries de référence : un cylindre vertical, et une plaque plane verticale, travers à la houle.La première méthode procède par approximations successives, sur la base d'un développement en série de perturbation, dont la théorie linéaire constitue le premier ordre. Un intérêt du deuxième ordre d'approximation, bien maîtrisé aujourd'hui, est de faire apparaître des efforts dans un domaine de fréquences élargi, où sont susceptibles de se trouver des fréquences propres du système étudié. La complexité du problème de diffraction au troisième ordre a dissuadé la plupart des chercheurs de s'y aventurer. On avance ici que les interactions tertiaires entre houle incidente et houle réfléchie par la structure peuvent jouer un rôle très important, méconnu jusqu'à récemment, en particulier sur les phénomènes de "run-up" et d'envahissement.La deuxième approche consiste à résoudre, en temps et en espace, les équations initiales du problème en tenant compte exactement des conditions non-linéaires de surface libre. On aboutit ainsi à des équivalents numériques des bassins à houle physiques. On les décrit sommairement et on présente quelques applications.

Ce travail étudie le problème de la simulation mathématique du formage superplastique. Un algorithme original a été développé afin de permettre la résolution du système provenant de la méthode des éléments-finis, en se basant sur les sections orthogonales critiques. Des études expérimentales ont été menées et ont permis l'estimation de la corrélation entre les prévisions numériques et les données expérimentales. Les résultats obtenus et les algorithmes retenus permettent d'améliorer de façon substantielle l'efficacité et la rapidité du travail pour la conception de nouveaux procédés et la modernisation des procédés de formage dans des conditions de superplasticité. Le matériau utilisé est un TA6V.

Le coût élevé des essais en bassin de carène associéaux performances accrues des moyens de calcul amène lesarchitectes navals à utiliser de plus en plus les outils desimulations numériques pour la conception de voiliers. Ainsi, denouveaux VPP (Velocity Prediction Programm) entièrement numériquesse sont développés [ Roux et al. Yacht performance prediction: Towards a numerical vpp,in: High Performance Yacht Design Conference, December 2002, Auckland] . Ces outils, basés surla modélisation aéroélastique des voiles couplée à un modèled'écoulement hydrodynamique avec surface libre autour de lacarène, permettent la modélisation numérique d'un voilier ennavigation réelle. L'étude présentée traite de la modélisationaéroélastique. Elle porte sur l'interaction d'une structuretridimensionnelle idéalement flexible avec un écoulementinstationnaire. L'objectif est d'inclure la déformation et ledéplacement du câble supportant la voile d'avant du voilier(l'étai) qui modifie le volume de la voile et donc lefonctionnement du voilier. Le problème aéroélastique couplé estrésolu par une méthode itérative où les simulations élastiques etaérodynamiques se succèdent pour converger vers un équilibrestatique. Nous introduisons plus particulièrement dans ce travailla résolution mécanique d'un câble soumis à un chargementtridimensionnel par une méthode variationnelle et son couplageavec la voile. Le comportement mécanique de la voile est modélisépar un système de réseau de fils [ Le Maître,Contribution numérique à la résolution de problèmes d'interaction fluide structure,Thèse, Institut de mécanique INSA de Rouen, France, 1998]et l'écoulement aérodynamique par une méthode de surface portante associée à une méthode particulaire [ Charvet et al., Numerical simulation of the flow over sails in real sailing conditions, J. Wind Eng. Ind. Aerod. Special Issue Sail Aerodynamics 63 (1996) 111–129]. Nous présentons les résultats d'un calcul aéroélastique d'une voile sur son étai soumis à un écoulement de fluide parfait dans lesquels l'influence d'un étai libre sur le comportement d'une voile est mise en évidence.

Les outils numériques actuels permettent de prendre en compte la majorité des paramètres prévisibles et quantifiables intervenant dans la conception, la fabrication et la mise au point d'un produit et permettent de mettre en place des modèles numériques tridimensionnels très précis. Ce travail présente une étude de faisabilité dans le cadre d'une démarche d'optimisation de forme des pièces de sécurité automobiles obtenues à partir de tôle à Haute Limite Élastique (H.L.E). La méthode proposée repose sur un algorithme d'optimisation utilisant des plans d'expériences. Elle permet de déterminer l'influence de la forme des pièces sur leur comportement statique en traction afin de simuler la résistance au choc de l'attache lors de son dépliage. La méthodologie des surfaces de réponse est utilisée dans un contexte d'optimisation pour l'exploitation des résultats. La technique numérique adoptée est basée sur la théorie de l'élastoplasticité couplée au dommage et avec écrouissage isotrope. La formulation de l'endommagement ductile isotrope de Lemaître utilisée permet une simulation fiable dans le cadre de la méthode des éléments finis à travers une étude paramétrique et comparative de trois formes géométriques d'attaches. Les calculs qui sont effectués sur le code ABAQUS/standard ont montré que le rayon du trou oblong permettant l'accrochage de la ceinture, est le paramètre géométrique qui a l'effet le plus prononcé sur les résultats de l'étude. L'analyse par surfaces de réponse montre que l'état de contrainte de von Mises n'évolue que très peu en fonction des autres variables considérées, mais par contre que les valeurs des contraintes sont beaucoup plus importantes quand le rayon du trou oblong augmente.

Dans cet article, on présente d'abord la validation expérimentale de l'aspect frottement du logiciel "PROFIL" d'emboutissage de tôles minces. Cet aspect a été validé par des essais expérimentaux réalisés sur la machine d'emboutissage TESTOLUB du C.E.T.I.M. La modélisation du frottement par un effort de retenue appliqué au bout de la tôle s'est avérée comme une solution simple et efficace. Ensuite, on teste numériquement ce logiciel par le code de calcul d'éléments finis "ABAQUS" en choisissant des éléments quadratiques afin de tenir compte de la variation d'épaisseur de la tôle au cours de l'opération d'emboutissage.

Le travail présenté ici porte sur l'application au laminage des modèles de comportement récemment développés en plasticité grandes déformations en vue de la simulation numérique des procédés de mise en forme et notamment de l'emboutissage : modèle rigide plastique avec écrouissage isotrope, critère de Hill quadratique ou non-quadratique, plasticité associée ou non, viscoplasticité. Après avoir brièvement présenté ces modèles nous les intégrons dans le modèle classique de laminage (méthode des tranches, équation de Karman). La solution est obtenue en déterminant le point neutre par une méthode de tir.Ces modélisations sont ensuite illustrées par une analyse paramétrique de l'influence des divers paramètres constitutifs sur la réponse et une comparaison sur un matériau donné de différents modèlesen exploitant les modèles identifiéspar A. Khalfallah, A. Znaidi et A. Darsouni finalise ce travail.

Dans ce travail, la striction localisée des tôles minces est étudiée en utilisant une analyse de localisation type Marciniak-Kuczynski. Un nouveau critère de plasticité orthotrope est utilisé pour déterminer les limites de formage pour des chemins linéaires de déformation. Par ailleurs l'influence des paramètres rhéologiques du matériau sur les courbes limites de formage (CLF) a été étudiée et analysée ainsi que celui de la surface de charge.