Analyse du comportement non-linéaire d'inserts de structures sandwichs : application à une méthode de dimensionnement innovante

Analysis of the nonlinear behavior of inserts in sandwich structures : application to an innovative sizing method

• Auteur / Autrice : Juan de dios Rodriguez
• Direction : Bruno Castanié, Christophe Bouvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie mecanique, mecanique des materiaux
• Date : Soutenance le 18/10/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole DOCTORALE MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL ET PROCEDES
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICA - INSTITUT CLEMENT ADER - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Chiara Bisagni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Castanié, Christophe Bouvet, Peter Davies, Philippe Vidal, Pascal Thevenet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Davies, Philippe Vidal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structures en nid d'abeille

Inserts (travail des matières plastiques)

Matériaux sandwichs

Mots clés libres

Structures Sandwich

Inserts

Nid d'abeille Nomex

E.F. non-linéaire

Sandwich Structures

Inserts

Nomex Honeycomb

Nonlinear F.E

Résumé

Le dimensionnement des inserts pour les structures sandwich se fait usuellement par les méthodes proposées par le « Insert design handbook » de l'ESA, ou le « Military handbook 23A ». Ces méthodes analytiques basées sur la formulation développée par Ericksen en 1953 mènent à des erreurs de la charge admissible à l’arrachement d’environ ±20 % pour certains cas. Dans cette thèse, les principaux modes de rupture d’inserts sont étudiés ; l’endommagement du nid d’abeille Nomex® en cisaillement et la rupture du potting. Une analyse fine du postflambement en cisaillement du nid d’abeille Nomex® est effectuée qui permet de proposer un modèle d'endommagement à 2 paramètres.Puis, les résultats obtenus sont utilisés pour développer un modèle virtuel d’insert qui est validé par comparaison à des essais d'arrachement puis utilisé pour tracer des cartographies des modes de rupture. En utilisant cette méthode, la charge admissible à l’arrachement peut être estimée plus précisément. Cette méthode peut être une alternative face aux modèles analytiques pour le dimensionnement des inserts. Les graphiques obtenus peuvent être fournis aux ingénieurs pour le dimensionnement des inserts comme un outil qui peut réduire le temps de conception-validation.

The insert sizing for sandwich structures is usually made using the methods proposed in the “Insert design handbook” of the ESA and the “Military handbook 23A”. These analytical methods based in the in the research carried by Ericksen in 1953 could lead to errors of the pull-out allowable load prediction in the range of ±20 % for some cases.In this thesis, the principal failure modes of inserts are investigated; the core shear damage of the Nomex honeycomb core, and the potting failure. A detailed analysis of the shear postbuckling of the Nomex honeycomb core is made, allowing to propose a two variables damage model. Then, the obtained results are used to develop an insert virtual model that is validated through comparison with pull-out tests, and then used to draw failure mode maps of inserts. Using this method, the admissible pull-out load of inserts can be estimated more precisely. This method could be an alternative to using the analytical methods for the insert sizing. The resulting charts could be given to engineers as a tool for the insert sizing which could reduce the insert’s design-validation time.