Modélisation numérique du comportement dynamique de structures d'emballages complexes par méthodes d’homogénéisation.

par Pham Tuong Minh Duong

Thèse de doctorat en Sciences - STS

Sous la direction de Ying Qiao Guo.

Soutenue le 23-11-2012

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (GRESPI) Groupe de Recherche En Sciences Pour l'Ingénieur (laboratoire) .

Le président du jury était Damien Erre.

Le jury était composé de Ying Qiao Guo, Isabelle Fandeux escobar, Serge Batkam, Boussad Abbes.

Les rapporteurs étaient Manuel François, Mabrouk Ben Tahar.


  • Résumé

    Les palettes sont très largement utilisées pour le transport, le stockage et la manutention de marchandises. Une palette chargée de bouteilles d'eau (emballage tertiaire) est constituée : d'une palette en bois, des packs (emballages secondaires) contenant un ensemble de 6 bouteilles d'eau (emballages primaires) enveloppés par un film plastique, des intercalaires en carton ondulé, et d'une housse plastique rétractable ou étirable pour le maintien et la protection de la marchandise palettisée. L'objectif général de cette thèse est de modéliser et de simuler le comportement statique et dynamique d'une palette durant le transport routier à l'aide du logiciel Abaqus. La simulation détaillée des bouteilles, des packs et des intercalaires constituants la palette est très fastidieuse et complexe à mettre en œuvre. Nous proposons de réaliser l'homogénéisation sur les packs et les intercalaires pour diminuer largement le temps de préparation des géométries et des maillages, ainsi que le temps CPU. Un modèle d'homogénéisation de l'intercalaire en carton ondulé est proposé. Il consiste à calculer les rigidités globales pour une plaque homogène équivalente. Ce modèle d'homogénéisation analytique permet de calculer rapidement et correctement ces rigidités globales et leurs couplages. Le comportement suivant l'épaisseur de l'intercalaire a beaucoup d'influence sur le glissement des packs. Nous avons donc développé un modèle solide en trois couches pour prendre compte le comportement élasto-plastique suivant l'épaisseur. Le pack de 6 bouteilles d'eau a été homogénéisé en caractérisant son comportement global par des essais expérimentaux et des simulations par la méthode des éléments finis. Le remplacement des packs par des solides homogènes de forme simplifiée permet de diminuer largement le nombre d'éléments et d'éviter le traitement du contact bouteille-bouteille et bouteille-film. De nombreux essais expérimentaux et simulations numériques avec nos modèles d'homogénéisation ont été réalisés pour étudier le comportement statique et dynamique de palettes chargées de bouteilles d'eau. Les résultats obtenus par les essais expérimentaux et les simulations numériques sont comparés pour valider nos modèles d'homogénéisation.

  • Titre traduit

    Numerical modeling of the dynamic behavior of complex packaging structures by homogenization methods.


  • Résumé

    Pallet systems are widely used for the transport, storage, stacking and handling of goods. A pallet charged with bottles of water (tertiary packaging) is composed of: a wooden pallet, packs (secondary packaging) containing a set of 6 bottles of water (primary packaging) wrapped with a plastic film, the cardboard sheet insert, and a plastic film for the maintenance and protection of the palletized goods. The aim of this thesis is to model and to simulate the static and dynamic behaviors of a charged pallet during the transport using the Abaqus software. The detailed simulation of the bottles, the packs and the cardboard sheet inserts constituting the pallet is very tedious and complex. We propose to homogenize the packs and cardboard inserts to largely reduce the time for the preparation of geometries and meshes, as well as the CPU time. A homogenization model for the cardboard inserts is proposed. It consists in calculating the global stiffness of the equivalent homogeneous plate. This analytical homogenization model allows calculating these global rigidities and their couplings quickly and correctly. The behavior in the thickness direction of the cardboard has a great influence on the sliding of the packs. We have developed a three layers solid model to take into account the elasto-plastic behavior through the thickness. The pack of 6 bottles of water is homogenized by characterizing its global behavior by experimental measurements and simulations with the finite element method. Replacing the packs by a simplified homogeneous solid permit to greatly reduce the number of elements and avoid the contact treatment between bottle-bottle and bottle-film. Many experimental tests and numerical simulations using our homogenization models have been achieved to study the static and dynamic behaviors of pallets. The results obtained by experimental tests and numerical simulations are compared to validate our homogenization models.



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