Collapse of riveted airframes face to blast or dynamic pressure loads
Ruine des structures aéronautiques rivetées aux chargements de type explosion ou pression dynamique
Résumé
The context of the presented research concerns the vulnerability of airframes faced to blast explosions. Resuming the ruin scenario of a fuselage during a bomb attack, three research areas contribute to the issue set down in the report. The first one deals with the dynamic loading resulting from the explosion of a bomb within the fuselage. The second and third ones concerns the assemblies ; the characterisation and modelling of their mechanical behaviour and failure are particularly studied and especially under dynamic loadings. Concerning the structural load (dynamic pressure), an applied research aims at validating coupled fluid/structure interaction methods to measure the blasting shock wave, to develop uncoupled fluid/structure interaction methods to enable the analysis of complete and complex structures, and to develop a numerical method for the coupling of a structure immersed in a fluid. In the field of the assemblies characterisation for structural calculation applications, the experimental and numerical research consists in developing new experimental methods based on normalized tests that makes it possible to analyse the behaviour and failure of fasteners in pure and combined tensile/shear modes from quasi-static to dynamic displacement rates loads, and finally an alternative numerical method (virtual testing) is also developed to study an assembly from the riveting process, up to the dynamic strength. Finally, a more fundamental research aims at improving the assemblies modelling technique to be used in structural computation. For the fastener, a model with a non-linear behaviour implemented is developed based on a hybrid formulation. For the perforated metal sheet, a model and a criterion for failure are presented, a multi-scale approach and a hybrid finite element are developed.
Le contexte des travaux concerne la vulnérabilité des structures aéronautiques face aux explosions. Reprenant le scénario de la ruine d'un fuselage lors d'un attentat à la bombe, trois axes de recherches concourent à la problématique posée dans le mémoire. Le premier est lié au chargement dynamique résultant de l'explosion d'un engin dans le fuselage de l'appareil. Le deuxième et le troisième concernent les assemblages, dont on cherche à caractériser et modéliser le comportement et la rupture sous chargements dynamiques. Concernant le chargement structural de type pression dynamique, une recherche appliquée vise à valider des méthodes d'interaction couplées fluide/structure pour mesurer l'onde de souffle, à développer d'autres méthodes d'interaction découplées fluide/structure pour permettre l'analyse de structures complètes et complexes, et à développer une méthode numérique pour le couplage d'une structure immergée dans un fluide. Dans le domaine de la caractérisation des assemblages pour le calcul des structures, la recherche expérimentale et numérique consiste à développer de nouvelles méthodes expérimentales fondées sur des essais normalisés permettant d'analyser le comportement et la rupture des fixations en modes pures et mixtes de traction/cisaillement pour des vitesses de déplacement quasi-statique et dynamique, et une méthode numérique alternative dite plan d'expérience numérique (ou 'virtual testing') pour étudier un assemblage depuis le procédé de rivetage, jusqu'à sa tenue dynamique. Enfin, une recherche fondamentale vise à améliorer la modélisation des assemblages en calcul de structures. Pour les fixations, un modèle au comportement non-linéaire reposant sur une formulation hybride est développé. Pour les tôles perforées, un modèle et un critère de rupture sont présentés, une approche multi-échelle et un élément fini hybride sont développés.