Vulnérabilité au souffle d'un fuselage composite : approche par évaluateur technologique multi-instrumenté

par Thibaut Paccou

Thèse de doctorat en Génie mécanique, mécanique des matériaux

Sous la direction de Francis Collombet et de Laurent Crouzeix.


  • Résumé

    La présence d'un explosif à l’intérieur d’un avion est une menace importante pour l'intégrité de l'aéronef et de ses occupants. Par le passé, des études ont été menées pour étudier la vulnérabilité au souffle de fuselages métalliques, sans que les approches associées aient fait l'objet de démarches scientifiques avancées. De plus, pour les fuselages en matériaux composites des nouvelles flottes (Airbus A350, Boeing 787), très peu d’informations sont disponibles en littérature ouverte. Il est donc nécessaire d’obtenir des informations pour ces nouvelles générations, mais aussi de proposer des approches à la fois scientifiques et performantes en termes de réduction de coût. Réaliser une campagne d’essais riche sur un fuselage en composite à taille réelle n'est possible que pour un nombre limité d’essais et un coût élevé. En effet, suivant l’emplacement de la bombe et sa distance par rapport à la peau ou sa masse, la réponse de la structure varie considérablement avec des scénarii d’endommagement variés. Pour intégrer la multiplicité des scénarii avec un souci de réduction des coûts, ce travail propose l’utilisation de pièces de dimensions et coût limités appelées Evaluateurs Technologiques Multi-instrumentés (ETMI). Comme cela a déjà été fait dans la littérature dans le cas de sollicitations quasi statiques, ces ETMIs prennent part à un dialogue essais/calculs adapté aux structures composites. Ici la zone d'intérêt est une zone de peau comprise entre deux cadres et deux lisses. Des simulations numériques à la fois de la structure de référence et des évaluateurs guident le dimensionnement des ETMIs. Après une présentation de la phase de conception, la fabrication des ETMIs est détaillée, ainsi que l’instrumentation mise en place pour suivre notamment les conditions de polymérisation. Cette instrumentation in situ est mise à profit lors d'essais de souffle sur les ETMIs. Une caractérisation préalable de la sollicitation de souffle est présentée puis une analyse de la réponse structurale de l’ETMI est réalisée. La démarche s'achève par la présentation de l'enrichissement des modèles utilisés initialement dans le dimensionnement à l’aide des résultats des essais.

  • Titre traduit

    Blast vulnerability of composite fuselage : approach by multi-intrumented technological evaluators


  • Résumé

    La présence d'un explosif à l’intérieur d’un avion est une menace importante pour l'intégrité de l'aéronef et de ses occupants. Par le passé, des études ont été menées pour étudier la vulnérabilité au souffle de fuselages métalliques, sans que les approches associées aient fait l'objet de démarches scientifiques avancées. De plus, pour les fuselages en matériaux composites des nouvelles flottes (Airbus A350, Boeing 787), très peu d’informations sont disponibles en littérature ouverte. Il est donc nécessaire d’obtenir des informations pour ces nouvelles générations, mais aussi de proposer des approches à la fois scientifiques et performantes en termes de réduction de coût. Réaliser une campagne d’essais riche sur un fuselage en composite à taille réelle n'est possible que pour un nombre limité d’essais et un coût élevé. En effet, suivant l’emplacement de la bombe et sa distance par rapport à la peau ou sa masse, la réponse de la structure varie considérablement avec des scénarii d’endommagement variés. Pour intégrer la multiplicité des scénarii avec un souci de réduction des coûts, ce travail propose l’utilisation de pièces de dimensions et coût limités appelées Evaluateurs Technologiques Multi-instrumentés (ETMI). Comme cela a déjà été fait dans la littérature dans le cas de sollicitations quasi statiques, ces ETMIs prennent part à un dialogue essais/calculs adapté aux structures composites. Ici la zone d'intérêt est une zone de peau comprise entre deux cadres et deux lisses. Des simulations numériques à la fois de la structure de référence et des évaluateurs guident le dimensionnement des ETMIs. Après une présentation de la phase de conception, la fabrication des ETMIs est détaillée, ainsi que l’instrumentation mise en place pour suivre notamment les conditions de polymérisation. Cette instrumentation in situ est mise à profit lors d'essais de souffle sur les ETMIs. Une caractérisation préalable de la sollicitation de souffle est présentée puis une analyse de la réponse structurale de l’ETMI est réalisée. La démarche s'achève par la présentation de l'enrichissement des modèles utilisés initialement dans le dimensionnement à l’aide des résultats des essais.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 01-07-2023

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