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Dynamique

Animateurs : Dirk Mohr et Cyril Touzé

lundi 30 juin 2008, par F2M

Contact : Cyril Touzé

Un aspect majeur de cette thématique est attaché à la propagation d’ondes, liée à la prise en compte des effets d’inertie. Cela justifie des investigations très spécifiques, aussi bien théoriques qu’expérimentales et numériques. De très nombreux domaines d’application relèvent d’une approche dynamique : crash de véhicules (militaires ou civils, terrestres ou volants) ou de systèmes de protection, abattage de roches, usinage et mise en forme, placage et soudure par explosif, impacts sur une structure, dimensionnement de projectiles, choix et conception de matériaux et d’éléments structuraux pour résistance au crash, perforation, blindage ou amortissement, contrôle par ultrasons de la qualité de structures collées ou soudées, rupture dynamique de pièces de sécurité massives, vibrations de structures et leur amortissement. C’est pourquoi, tout en posant des questions fondamentales d’une grande complexité, la dynamique fournit à l’ingénieur des concepts et des méthodes d’une grande importance pratique dans la réponse à de nombreux problèmes de sûreté et de fiabilité au centre de fortes préoccupations sociétales.
L’originalité des problèmes scientifiques posés et l’importance de la demande industrielle et sociétale ont conduit plusieurs équipes de la F2M à s’intéresser, à des degrés divers, à ces sujets et à développer des approches expérimentales, théoriques et numériques visant une modélisation des comportements dynamiques fondée sur une compréhension physique approfondie. Ces équipes s’engagent ainsi, souvent en partenariat industriel, dans la résolution de problèmes complexes d’une grande importance pratique, tels que les suivants :

- comportement et ruine des matériaux et des structures sous crash, chocs et impacts : développement de moyens d’essais et de mesures appropriés notamment pour étudier le comportement des matériaux à des vitesses de déformation (de 1 à 1000 s-1), sous grandes déformations (jusqu’à 90 % en compression) et sous différents trajets de chargement ; lois de comportement de matériaux (en particulier matériaux nouveaux, tels que les matériaux cellulaires) ; rupture dynamique et intégrité des structures ;
- sécurité, durabilité et confort des infrastructures de transport et des ouvrages sous chargement dynamique ;
- dynamique des structures et systèmes couplés et dynamique non linéaire de systèmes mécaniques complexes : comportement d’assemblages sous chargement dynamique ; vibroacoustique des structures complexes ;
- approches multi-échelles espace-temps en dynamique : homogénéisation (matériaux monolithiques ou composites), modélisation et calcul par des approches multi-échelles espace-temps adaptées ;
- contrôle non destructif et identification.

Pour en savoir plus…

Différentes classes et divers types de matériaux sont concernés par ces études : tôles d’aciers ; polymères (PMMA, polycarbonate, polyéthylène, caoutchouc) ; composites à fibres ; mousses d’aluminium, nids d’abeille métalliques, tôles sandwich, …. La courte durée des sollicitations (quelques microsecondes) exige souvent l’examen des couplages thermomécaniques et nécessite la mise au point de mesures de température en dynamique.
Des méthodes modernes de mesure de champs de déplacement et les méthodes d’identification associées, particulièrement adaptées aux conditions des sollicitations dynamiques, font l’objet d’importants développements. Concernant les méthodes d’identification et de validation, le lecteur trouvera des précisions dans la page de ce site dédiée à ce thème.

Plusieurs laboratoires de la F2M disposent de bancs de barres de Hopkinson. Chacun de ces bancs présente des caractéristiques spécifiques, ce qui permet au total de réaliser des mesures fiables et adaptées pour une très large gamme de matériaux.
On trouve aussi une machine de traction rapide ainsi qu’un puits de chute. Différents moyens de mesure et d’acquisition sont attachés à ces moyens d’essais. Il s’agit essentiellement de cartes d’acquisition rapides à plusieurs voies (à des fréquences >100kHz) ainsi que des systèmes de vidéo rapide.

Dans le domaine de la dynamique non linéaire de systèmes mécaniques complexes, les études réalisées visent le développement de modélisations, de méthodes d’analyse ainsi que des méthodes de construction des solutions de problèmes posés par les systèmes mécaniques couplés où les non-linéarités peuvent être dues au comportent des interfaces de couplage. La présence simultanée des aspects : vibration/propagation, milieu borné/milieu non borné, non-linéarités (contact, jeux, frottement, comportement non linéaire) et incertitudes de modélisation et de données fait à la fois la difficulté et l’intérêt de ces recherches, particulièrement importantes et à la source d’innovations pour un large spectre d’applications. Citons par exemple les transports (en particulier le transport ferroviaire) ; la compréhension et la prévention des risques sismiques, (en particulier les interactions sols-structures) ; différents domaines du génie mécanique où la dynamique transitoire de structures couplées par des assemblages complexes joue un rôle clé dans la sûreté de fonctionnement ; la vibroacoustique transitoire.