Approche expérimentale et modélisation du comportement sous choc d'un explosif coulé fondu

par David Drouet

Thèse de doctorat en 420015

Sous la direction de Patrice Bailly.


  • Résumé

    Le besoin de munitions insensibles a favorisé l’émergence de trois familles d’explosifs. Les PBX et comprimés, plus répandus, sont davantage étudiés. Or NEXTER Munitions souhaite affiner sa compréhension des coulés fondus. Ainsi, l’entreprise a lancé ces travaux sur le comportement mécanique de l’XF-11585 dans un espace de sollicitations représentatif du contexte munitionnaire.Dans ces travaux, nous avons formulé un simulant inerte morphologiquement représentatif de la famille des XF. Ce simulant inerte s’avère être mécaniquement représentatif pour le comportement en compression et en cisaillement. Nous proposons des pistes d’amélioration sur sa formulation et sa mise en œuvre destinées à faciliter son usage et sa similarité avec la famille des XF. Puis, nous avons sélectionné les sollicitations critiques dans le cycle de vie de la munition. En nous inspirant des études précédentes, nous avons reproduit le confinement imposé par l’enveloppe à l’aide d’un confinement passif adapté aux règles de sécurité autour de l’XF-11585. Ensuite, nous avons porté ce dispositif de la presse quasi statique aux barres de Hopkinson afin de reproduire le chargement dynamique vu par la munition lors du coup de canon. Pour une telle adaptation, nous avons introduit une mesure complémentaire à l’aide d’une caméra rapide et de la corrélation d’images. Avec l’ensemble de ces dispositifs, nous avons exploré les réponses mécaniques de l’XF-11585 et de son simulant inerte. Les résultats obtenus mettent en avant les comportements communs entre les deux matériaux. Pour la partie isotrope du comportement, nous observons la fermeture des pores dès les faibles pressions. Pour la partie déviatoire, nous constatons que la résistance en cisaillement se dégrade sous sollicitation. Une fois endommagé, il existe des glissements internes dans les deux matériaux. On note une cohésion résiduelle pour l’XF-11585.Enfin, nous avons illustré ce comportement à l’aide de deux modèles mécaniques. Le premier propose une interprétation simplifiée à l’aide d’une variable d’endommagement scalaire qui est un indicateur de l’état du matériau. Le second combine viscoélasticité, dilatance et viscoplasticité. Il permet de décrire plus précisément les déformations et d’accéder à l’énergie dissipée qui peut servir aux calculs thermomécaniques.


  • Résumé

    The need for insensitive ammunition has favored the emergence of three families of explosives. PBX and compressed explosives are widespread and further studied. However, NEXTER Munitions want to refine its understanding of melt cast explosives. Thus, the company launched this work on the mechanical behavior of the XF-11585 for solicitation representative of the ammunition’s lifecycle.In this work, we designed an inert simulant morphologically representative of the XF family. This inert simulant proves to be mechanically representative for the compression and shear behavior. We propose ways to improve its formulation and implementation in order to facilitate its use and increase its similarity to the XF family. Then, we looked for the critical loads in the lifecycle of the ammunition. Based on previous studies, we have replicated envelope containment with passive containment ring around the XF-11585. We took this device from the quasi-static press to Hopkinson’s bars to reproduce the dynamic loading seen by the ammunition during the gun. For such an adaptation, we introduced a complementary measurement using a fast camera and Digital Image Correlation.With all these devices, we explored the mechanical responses of the XF-11585 and its inert simulant. The results obtained highlight the common behaviors between the two materials. For the isotropic part of the behavior, we observe the closing of the pores at low pressures. For the deviatoric part, we find that the solicitation degrades the shear strength. Once damaged, internal slips appear in both materials. Residual cohesion is observed for XF-11585.Finally, we illustrated this behavior using two mechanical models. The first proposes a simplified interpretation based on scalar damage variable which is an indicator of the state of the material. The second combine viscoelasticity, dilatancy and viscoplasticity. It makes it possible to better describe the deformations and to access the dissipated energy for thermomechanical calculations.

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