Construction d’un modèle d’impact simplifié pour la prévision des dommages d’impact en dynamique implicite

La première étape, pour pouvoir prévoir les dommages d’impact par simulation éléments finis, est de disposer d’un modèle numérique. Cette dénomination désigne ici les maillages de l’impacteur et de la cible, ainsi que la discrétisation spatiale et en temps, les conditions aux limites imposées à la plaque impactée et la gestion du contact. Dans cette étude, afin de ne pas alourdir le modèle par la gestion de contacts supplémentaires, il a été décidé de traduire simplement le maintien de la cible sur son support au cours de l’impact, sans recourir au maillage explicite de ce dernier. De plus, le modèle numérique doit être paramétré, afin de s’adapter aux variantes de la configuration de référence choisie. Le dispositif d’impact disponible à l’Onera repose sur la norme ASTM D 7136 [ASTM, 2007], décrite au chapitre précédent. C’est pourquoi il a été décidé, en premier lieu, de construire un modèle numérique sur la base de cette norme. Ce modèle permet de montrer les difficultés liées à cette norme, notamment en termes de conditions aux limites. Pour pallier ces difficultés, deux nouveaux montages sont proposés. Afin de prévoir les dommages produits par l’impact, le modèle numérique est associé à des modèles matériaux décrivant le comportement endommageable du stratifié. Le modèle d’impact, constitué du modèle numérique associé aux modèles matériaux, est construit avant de réaliser les essais, afin d’éviter le recours au recalage des coefficients des modèles matériaux. Le but de ce chapitre est d’identifier, qualitativement, les éléments essentiels que les modèles matériaux doivent posséder pour décrire de manière réaliste la réponse à un impact et les dommages qui en découlent et, dans le cas des modèles de zones cohésives, la sensibilité aux paramètres de la loi bilinéaire d’Alfano et Crisfield [Alfano, 2001] retenue, qui sont difficiles à mesurer expérimentalement.

Pour cela, les modèles matériaux décrits au chapitre 2 sont employés, c’est-à-dire le modèle Onera Progressive Failure Model [Laurin, 2005] [Laurin, 2007] [Charrier, 2011], noté OPFM, et, lorsque la variable d’endommagement associée au délaminage dans OPFM est désactivée, les modèles de zones cohésives. Le modèle OPFM permet en effet de décrire le comportement viscoélastique endommageable du pli sous chargements complexes, comme c’est le cas en impact, par le biais de la mécanique continue de l’endommagement. Dans ce modèle, la variable d’effet du délaminage est volumique et pose des difficultés d’interprétation des résultats obtenus. Les modèles de zones cohésives, quant à eux, permettent de décrire, de manière surfacique, à la fois l’amorçage et la propagation des délaminages, deux phénomènes qui surviennent au cours d’un impact. Ils créent une réelle discontinuité dans le modèle lorsque la loi de comportement de l’interface indique une rupture. L’interprétation des résultats obtenus, en termes d’endommagement, avec les modèles de zones cohésives est également plus simple. La modélisation de l’impact fait appel à des techniques numériques complexes : gestion du contact entre deux pièces, modèles de zones cohésives, comportements non-linéaires et dynamique. La complexité de cette modélisation implique que chacun de ces éléments soient robustes, afin d’assurer la convergence des calculs mais surtout la qualité des résultats obtenus. Il est donc décidé de considérer différents niveaux de complexité du modèle numérique, afin d’alléger les coûts de calcul lors de la mise en place des différents éléments de la simulation d’impact et d’identifier les éventuels points bloquants. Pour cela, le modèle numérique est décomposé en deux niveaux (Figure 3.1). Le niveau le plus complexe, qui est sensé assuré la meilleure adéquation essais / calculs, intégrera la gestion du contact. Cependant, dans Z-set, cette gestion est particulièrement coûteuse. Étant donné le nombre de calculs envisagés initialement, un niveau de complexité moindre est mis en œuvre, où la résolution du problème de contact est supprimée en imposant des déplacements équivalents.