Prédiction par essais virtuels de l'amortissement dans les structures spatiales

par Alain Caignot

Thèse de doctorat en Mécanique. Génie mécanique. Génie civil

Sous la direction de Pierre Ladevèze.

Soutenue en 2009

à Cachan, Ecole normale supérieure .


  • Résumé

    Dans un contexte de réduction importante des coûts dans le domaine des lanceurs spatiaux, il devient primordial de contrôler l'ensemble des facteurs dimensionnants dès la conception. La diminution de la masse est compensée par une augmentation de la raideur et il en résulte une diminution de l'amortissement, qui est le paramètre qui conditionne les niveaux de la réponse dynamique. A l'heure actuelle, l'amortissement est pris en compte de manière globale et le plus souvent identifié sur la structure finale. L'objectif de ce travail est de proposer une démarche de prédiction de l'amortissement dans les lanceurs spatiaux afin de prendre celui-ci en compte dès la phase de conception. Cette démarche passe par la mise en place d'une base de données des coefficients d'amortissement en fonction du type de sollicitation, du niveau de chargement, de la géométrie. . . L'amortissement étant bien connu pour les matériaux qui composent le lanceur, l'enjeu est la détermination de l'amortissement dans les liaisons, où les dissipations peuvent être très importantes. Les démarches expérimentales étant coûteuses et complexes à mettre en place, le travail s'est tourné vers une approche numérique, basée sur un calcul éléments finis des liaisons. Ce type de simulations est actuellement hors de portée des codes de calculs industriels standards et a nécessité le développement d'un code de calcul parallèle spécifique, basé sur la méthode LATIN. La robustesse de l'outil numérique a été étudiée et les résultats ont été validés à partir de valeurs obtenues expérimentalement lors d'une étude précédente. Enfin, le calcul de différentes liaisons constitutives du lanceur a été abordé ainsi que la méthodologie pour intégrer ces résultats dans le processus de dimensionnement d'Ariane.

  • Titre traduit

    Prediction of damping in space launch vehicles using a virtual testing strategy


  • Résumé

    In the context of a significant cost reduction in the design of space launchers, it is on crucial to control all the factors involved in the dimensionning process. The decrease in mass is compensated by an increase in stiffness and results in a decrease of damping, which is the parameter that determines the level of the dynamic response. At the present time, the damping is taken into account in a global model and most often identified on the final structure. The objective of this work is to improve the launcher design process by introducing the capability to predict damping a priori. In order to do that, the idea is to develop a database containing the dissipation due to the materials and the dissipation relative to the joints in the launcher for each type and each level of solicitation. . . Damping in materials is relatively well-known in the case of the composites which make up the launcher. Therefore, the challenge is the prediction of the damping in the joints where the dissipations can be very important. The experimental approaches are expensive and complex to implement, that is why this work is based on a finite element computation of the joints. This type of simulations is beyond the reach of standard industrial computing codes ans has needed the development of specific parallel computationnal code based on the LATIN method. The robustness of the numerical tool has been studied and its results validated from experimental values obtained in a previous study. Finally, the computation of different joints of the launcher has been done as well as the methodology for integrating these results in the design process of Ariane.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (117 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 97-103

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