Etude du comportement dynamique des matériaux granulaires et tissés : approche expérimentale et simulation numérique

par Jan Van Roey

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Abdellatif Imad et de Luc Rabet.

Soutenue le 16-12-2011

à Lille 1 en cotutelle avec École Royale Militaire (Bruxelles) , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .


  • Résumé

    Le travail de thèse porte sur l’étude des phénomènes de l'absorption d'une onde de choc par un matériau granulaire, de l’impact balistique dans un matériau granulaire, et de l’impact balistique sur un tissu. Afin d'évaluer l'absorption d'une onde de choc par un matériau granulaire, un dispositif expérimental a été conçu, qui permet d'évaluer à la fois la pression incidente et réfléchie, et la déflexion et l'accélération d'une plaque de référence, en fonction du temps. Le comportement du système étudié est décrit par un modèle masse-ressort-amortisseur à un degré de liberté.La performance balistique d'un granulat, soumis à l'impact d'un projectile sphérique, est étudiée sur la base de l'évolution de la vitesse de la bille dans le matériau. L'impact dans le matériau granulaire peut être considéré comme un impact hydrodynamique. Au niveau de l'étude numérique, deux approches sont utilisées pour l'application de la sollicitation sur le matériau granulaire : application directe de la pression de l'onde de choc, et propagation de l'onde dans un domaine Eulérien. De même, pour le granulat, plusieurs modèles de comportement sont étudiés. Dans le modèle numérique, le matériau granulaire est modélisé par un matériau équivalent homogénéisé. Un protocole expérimental spécifique a été développé en vue de la mesure continue de la vitesse d'un projectile lors de l'impact sur un tissu. La confrontation entre les résultats expérimentaux et un modèle analytique sur la base du principe de la conservation de quantité de mouvement, démontre que le modèle analytique simple est capable de décrire l'évolution de la vitesse pendant la première phase après l'impact.

  • Titre traduit

    Study of the dynamic behaviour of granular materials and fabrics : experimental approach and numerical simulation


  • Résumé

    This thesis deals with the absorption of shock wave energy by a granular material, and with the study of ballistic impact in fabrics and granular materials. For the assessment of shock wave absorption by a granular material, a test set-up was developed. This set-up allows the evaluation of incident and reflected pressure, and deflection and acceleration of a reference plate as a function of time. An analytical mass-spring-dashpot model with one degree of freedom can predict the deflection correctly. The ballistic performance of a granular material, impacted by a spherical projectile, is evaluated in terms of velocity decay through the material. The experimental results indicate that the impact can be considered as a hydrodynamic impact.In the numerical study, two approaches are used to apply the pressure on the granular material: direct application of the pressure on the sample, and propagation of the shock wave through an Eulerian domain. For the granular material, considered as homogeneous and isotropic, different models have been analysed. A new test set-up was developed for the continuous measurement of the projectile velocity during the penetration in ballistic fabric. The experimental results are compared to an analytical model, based on the conservation of momentum. It appears that the very simple analytical model describes the velocity evolution very well during the first phase after impact.


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