Analyse expérimentale et numérique des modes d'endommagement induits dans des matériaux céramiques sous chargement dynamique

par Marielle Dargaud

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Pascal Forquin et de Matthieu Graveleau.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Sols, Solides, Structures et Risques (laboratoire) depuis le 01-02-2018 .


  • Résumé

    Les blindages bicouches associant une face avant céramique et une face arrière composite sont considérés comme des solutions de protection parmi les plus performantes vis-à-vis des projectiles perforants de petits et moyens calibres. Cependant, en raison des modes de rupture particulièrement complexes de la céramique, du backing ainsi que du noyau du projectile, ce problème reste un sujet particulièrement ardu à simuler numériquement. De plus, ces modes d'endommagement affectent notablement la performance du blindage dans le cas d'impacts consécutifs. Dans ce projet, plusieurs céramiques seront étudiées. Ces dernières feront l'objet d'un travail d'amélioration notamment via des étapes d'optimisation de formulations et de frittage. Différents couples céramique-composite développés en relation avec les entreprises Saint-Gobain et CEDREM seront soumis à des essais d'impact de laboratoire afin d'étudier les modes de rupture générés dans la céramique, le composite et dans le projectile. Les outils d'analyse du laboratoire 3SR (imagerie ultra-rapide, interférométrie laser, microtomographie RX) seront mis en œuvre pour étudier ces modes de rupture. Parallèlement, des approches expérimentales spécifiques seront développées pour caractériser et modéliser le comportement dynamique des différentes céramiques ainsi que les différents modes d'endommagement et de dégradation générés dans ces céramiques et dans le noyau en acier lors d'un impact balistique. Ces données expérimentales ainsi que les données d'analyse de microtomographie seront utilisées comme données d'entrée de modélisations numériques simulant les essais balistiques de laboratoire. L'ensemble de ces travaux permettra de mieux comprendre le lien entre les mécanismes d'endommagement et de rupture intervenant dans les blindages bicouches et leur performance vis-à-vis d'impact simple ou multiple et, in fine, de progresser vers un dimensionnement par simulation numérique des solutions de protection vis-à-vis de chargements d'impact.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical analysis of the failure modes induced in ceramic materials under dynamic loading


  • Résumé

    Bilayer armors made of a ceramic strike face and a composite backface are considered as one of the most efficient protection for piercing projectiles of a small and medium caliber. However, the highly complex failure modes of the ceramic, backing and projectile core make this problem particularly complex to digitally simulate. Furthermore, these modes of damage significantly affect the armor performance for consecutive impacts. For this project, high performance ceramics for armor application will be tested. These ceramic materials will be first subjected to formulation and sintering optimizations. Several pairs of ceramic-composite developed in collaboration with Saint-Gobain and CEDREM will be subject to ballistic tests in order to determine the different failure modes generated in the ceramic, composite and projectile. The 3SR laboratory analysis tools (ultra-fast imaging, laser interferometry, RX micro-tomography) will be used to study these failure modes. In parallel, some specific experimental approaches will be developed for characterizing and modeling the dynamic behavior of the different ceramics, as well as the different damaging modes created in the ceramic and the projectile core during the ballistic impact. These experimental data and micro-tomography analyses will be used as the input data for the numerical models simulating the laboratory ballistic tests. All this work will allow a better understanding of the link between the damaging and failure mechanisms taking place in bilayer armors and their performance for simple or multiple impacts. In the end, the objective is to move towards a design of armor solutions via numerical simulation.