Formulation et développement d'un élément fini de coque sandwich à cœur viscoélastique : application à un pare-brise de voiture en verre feuilleté

par Kaïss Bouayed

Thèse de doctorat en Mécanique avancée

Sous la direction de Mohamed Ali Hamdi et de Mohamed Rachik.

Soutenue en 2011

à Compiègne .


  • Résumé

    Nous présentons dans le cadre de cette thèse CIFRE, menée au sein de la société ESIGroup Compiègne, un nouvel élément fini quadratique (Q8) de coque pour modéliser le comportement dynamique de structures sandwich verre-polymère-verre (VPV) ou métal polymère-métal (MPM). Le nouvel élément fini développé utilise une approximation (LW – Layer-Wise) du champ de déplacement qui ne fait intervenir que les déplacements aux faces extérieures et aux interfaces internes. Pour éviter un maillage volumique, seule la surface moyenne de référence est maillée avec des éléments quadratiques à 8 noeuds (Q8), ce qui facilite grandement la tâche de maillage. Les essais numériques effectués dans le cadre de la thèse ont montré que l'interpolation quadratique, par rapport aux coordonnées locales de la surface moyenne de référence permettait d'éliminer naturellement le phénomène de blocage numérique qui apparait dans le cas d'éléments finis triangulaire ou quadrangulaire linéaires. Une méthode modale simplifiée prenant en compte la variation en fonction de la fréquence du module du coeur en polymère viscoélastique a été également proposée pour calculer de façon très efficace et rapide la réponse en fréquence des structures sandwich. Les résultats de l'élément fini quadratique (Q8) ont été validés dans une première étape numériquement par comparaison aux résultats obtenus par des codes commerciaux (Nastran et Rayon-VTM). Les fréquences propres relatives aux deux cas simples de structures sandwich considérés en début de thèse (plaque et coque cylindrique) ont été calculées en considérant une interpolation linéaire puis quadratique du déplacement suivant l'épaisseur de chaque couche. La deuxième étape de la thèse consistait à mener une étude du comportement dynamique de deux types de pare-brise de voiture en verre feuilleté, standard et acoustique, en vue d'une validation numérique des résultats obtenus en utilisant le nouvel élément fini et la méthode modale simplifiée. Des études de sensibilités ont été ensuite menées en faisant varier plusieurs paramètres comme le module moyen, la température et la taille de la base modale pour étudier l'effet de la troncature modale. La dernière étape de la thèse consistait à confronter les résultats numériques aux résultats expérimentaux obtenus par vibrométrie laser, réalisés au sein du laboratoire ROBERVAL de l'UTC, et par l'outil de post-traitement PULSE Reflex Modal Analysis.

  • Titre traduit

    Formulation and development of a new sandwich shell finite element with viscoelastic core : application to a laminated windscreen


  • Résumé

    We present in this thesis, conducted within ESI-Group Compiègne, a new quadratic shell finite element for modeling the dynamic behavior of sandwich structures with viscoelastic core. The new developed finite element uses a layerwise approximation of the displacement field which involves only displacements at outer surfaces and internal interfaces. To avoid a volume mesh, only the reference mid-surface is meshed with Q8 elements, which facilitates the task of meshing. The quadratic interpolation, according the local coordinates of the mid-surface, eliminates the numerical locking phenomenon that appears in the case of linear finite elements. A simplified modal method, that takes into account the frequency-dependence of the module of the viscoelastic polymer core, has also been proposed to a fast and efficient computing of the frequency response of sandwich structures. The results obtained with the developed finite element has been validated numerically in a first step, by comparison with results obtained by commercial codes (Nastran and Rayon-VTM), considering two simple test cases (plate and cylindrical shell). The second step was to conduct a study of the dynamic behavior of a car laminated windshield for a numerical validation of the results obtained using the new finite element and the simplified modal method. The last step was to compare the numerical results with experimental data obtained by a laser vibrometer and the post-processing software PULSE Reflex Modal Analysis.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (143 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 77 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 BOU 1925
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