Développement d’une méthodologie pour la compréhension du comportement et le dimensionnement d’un bouclier sandwich soumis à l’impact d’un oiseau

par Arnaud Wilhelm

Thèse de doctorat en Génie mécanique, mécanique des matériaux

Sous la direction de Jean-François Ferrero et de Samuel Rivallant.

Le président du jury était Serge Abrate.

Le jury était composé de Catherine Knopf-Lenoir, Joseph Morlier.

Les rapporteurs étaient Pascal Casari, Olivier Polit.


  • Résumé

    Durant le vol d'un aéronef, la collision avec un oiseau est un risque important que les autorités de certification imposent de prendre en compte. Dans le cas du choc sur pointe avant, la protection du fond pressurisé est assurée par un bouclier. La compréhension du comportement d'une telle structure sandwich sous impact est essentielle pour permettre l'amélioration des boucliers existants. Ces travaux ont pour buts de comprendre l'influence des différents paramètres de conception du bouclier sur son comportement et sur la protection de la cible, et de mettre en place une méthodologie pour réaliser une telle étude. Pour cela, un modèle éléments finis générique est créé pour être utilisé dans l'étude paramétrique. Une méthode de mesure de la déformée est proposée pour permettre la comparaison rapide d'un grand nombre de cas et la compréhension du comportement de chaque bouclier. Elle s'appuie sur la décomposition de la déformée en trois modes : Indentation, Flexion et Écrasement. Une étude de criblage est ensuite réalisée pour classer les paramètres de définition par ordre d'influence. L'étude paramétrique est réalisée sur les six paramètres les plus influents. Un plan d'expérience de type carré Latin est choisi et sept grandeurs différentes sont suivies. Le cadre des processus gaussiens est utilisé pour créer des modèles réduits, qui sont utilisés pour étudier l'évolution du comportement du bouclier sur l'ensemble du domaine à l'aide d'analyses de sensibilité. Les effets de chaque paramètre sont identifiés et expliqués. Enfin, une méthode pour l'utilisation de ces modèles réduits dans le cadre d'optimisations est proposée.

  • Titre traduit

    Development of a methodology to understand the behaviour and to design a sandwich shield subjected to bird impact


  • Résumé

    During an aircraft flight, the possible collision with a bird is a major threat, and the certification authorities require to take ît into account. In the case of a nose strike, the pressurized bulkhead is protected by a shield. Understanding the behaviour under impact of such a sandwich structure is essential. This work has two main goals: understanding the design parameters influence on the shield behaviour, and propose a methodology to conduct this study. Firstly, a generic finite element model is created to be used in a parametric study. A tool to measure the shield deformation is proposed to make it possible to easily compare the behaviour of different shields and to help understanding the behaviour of a shield. This tool is based on the projection ofthe shield deformation on a basis comprising three modes: Indentation, Bendîng and Crushing. A screening study is then conducted to rank the design parameters with respect to their influence. A parametric study is then conducted on the six first parameters. A Latin hyper-square is used for the design of experiment and seven different quantifies are studied. The Gaussian processes framework is used to create surrogates models. Global sensitivity analyses are then conducted to study the variation of the shield behaviour in the whole design space. The effects of each parameterare measured and explained. Finally, a method to minimize the shield mass, using the surrogate models to enforce minimal target protection criteria, is presented.


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