Méthodologie de dimensionnement de tubes en dynamique

par Ophélie Safont

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Youssoufi Touré et de André Langlet.

Le président du jury était Régis Dufour.

Le jury était composé de André Langlet, Régis Dufour, Yvon Chevalier, Nicolas Eches, Yann Guilmard, Dashnor Hoxha.

Les rapporteurs étaient Yvon Chevalier, Mhamed Souli.


  • Résumé

    Selon les normes actuelles, les tubes d'arme sont conçus pour résister à la pression des gaz en utilisant les équations de la statique des milieux continus. Mais lors des tirs, les chargements auquel est soumis le tube sont extrêmement rapides, de l'ordre de quelques millisecondes. En effet, le projectile est poussé à travers le tube par la pression des gaz, à ce déplacement est associé la rotation du projectile provoquée par les rayures internes du tube. Le projectile est en contact avec le tube par sa ceinture qui assure une parfaite étanchéité des gaz par son diamètre légèrement supérieur à celui du tube. Ainsi des contraintes dynamiques sont générées par la pression des gaz et par le forcement de la munition. Le but de ces travaux est d'étudier les contraintes dans le tube lors des tirs. Afin d'évaluer les différents phénomènes, dans une première partie, de nombreux essais ont été réalisés sur des armes de moyen calibre. Ces essais ont permis de constituer une base de données sur les déformations circonférentielles du tube. Dans un second temps, un modèle par éléments finis a été développé à l'aide du logiciel LS-Dyna. Le front de pression et le projectile avec sa ceinture ont été simulés. Un modèle tridimensionnel a été choisi afin d'évaluer les contraintes dans le rayage du tube, zones de concentration de contraintes. La corrélation entre les essais et les résultats de calcul est excellente. En effet le pic de déformation dynamique du tube mesuré est très bien prédit par le calcul. Pour déterminer l'influence de ce chargement dynamique, un calcul de durée de vie a été réalisé. Les résultats montrent la nécessité de prendre en compte dans le dimensionnement des tubes d'arme : la pression des gaz et l'action du projectile sur le tube.

  • Titre traduit

    Methodology of tubes design in dynamics


  • Résumé

    According to current standards, gun barrels are designed to resist the maximum firing pressure using static, continuous equations. But during the firings events, complex high speed loads and structural responses arised over very short times. The projectile is pushed towards the tube by the gas pressure, morover the engraving of the tube gives a rotational movement to the ammunition. The contact between the tube and the projectile is ensured by a band or obturator. This obturator had a diameter which is superior to the tube's calibre. Very high stresses are generated during the firing, due to gas pressure and the forcing action of the projectile. The aim of this work was to study the stresses in the tube durings firings. To evaluate firings phenomena, in a first part, many tests were made on medium calibre guns using various configurations. Circumferential strain measurements were obtained. In a second time, a finite element model was developed using the commercial code LS-Dyna. The moving pressure front and the projectile with its obturator were simulated. Three dimensional modeling was chosen in order to evaluate the stresses in the tube rifling where stresses concentration were located. The numerical prediction of the peak of strain measured when the projectile passed the strain gages were excellent. Experiments and calculations showed a peak of strains which was not taken into account in tubes design. To evaluate the impact of this phenomenom, a fatigue life-time study was carried on. The results demonstrated that gas pressure and dynamic coupled actions must all be taken into account in the fatigue design of gun tubes.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible sur intranet à partir du 15-12-2016

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