Modèles numériques : outils d'expérimentation et d'exploration de la fragmentation et de la vulnérabilité de structures aérospatiales

Le calcul scientifique de la fragmentation et de la déchirure en dynamique rapide se décline dans plusieurs domaines de l’ingénierie mécanique des structures de véhicules tels que les voitures, les trains, les avions, et aussi les lanceurs, les satellites ..: La vocation de ces structures est d’assurer l’intégrité du véhicule face à des sollicitations en service ou des sollicitations accidentelles. En aéronautique et spatial, les cas d’application sont essentiellement conditionnés par les exigences des règles de certification ou de non-prolifération des risques : crash, FBO, oiseaux, tenue à la foudre, HVI et débris, tenue des revêtements de surface. En cas d’agression, la fonction première de résistance des structures se trouve altérée totalement ou partiellement. La structure peut même générer un risque secondaire par la production de fragments ou par la propagation à des zones normalement protégées d’une partie de l’agression subie. En parallèle, les besoins de prendre en compte une fonctionnalisation de plus en plus étendue des matériaux et des structures, tout en réduisant les pollutions et les coûts de fabrication ou de recyclage génèrent des contraintes multiples dès la phase de pré-dimensionnement des structures de nouvelle génération. Le recours à des méthodes de calcul fiables capables de modéliser ou de prendre en compte tous les aspects amont liés à la fabrication et aval liés à la qualification ou la certification des structures devient crucial. Mes activités de recherche, et mes activités d’enseignement, sont dirigées vers l’analyse du comportement vulnérable de structures face à des sollicitations sévères, c’est-à-dire d’amplitude élevée, sur des zones spatialement petites et sur des durées courtes : impacts d’oiseaux, de grêlons, de foudre, crash, souffles et explosions, …. Dans ce cadre, je m’intéresse plus particulièrement aux méthodes de représentation de la résistance ou de la fragmentation de la matière utilisées dans les simulations numériques, qui permettent de reproduire les évolutions non-linéaires et rapides de l’état des matériaux, des structures, et des chargements. Mes travaux se sont organisés autour de deux parties principales qui abordent le développement et l’utilisation de méthodes et de codes de calcul dans une démarche d’expérimentation et d’exploration virtuelles. L’expérimentation virtuelle doit être capable de remplacer les essais réels, puis à terme d’explorer des situations difficilement accessibles ou mesurables. Pour cela, les méthodes et hypothèses doivent être validées, ainsi que les codes de calculs, mais aussi les modèles dans un double objectif d’être conforme avec les hypothèses du cadre d’application, et de traiter des données (entrées) et fournir des résultats (sorties) avec une précision au moins égale à celle des essais réels. Ces deux démarches de travail se sont chacune organisées en trois thèmes d’applications distincts : « Dommages, déchirures et fragmentations », « Développements de Méthodes et outils » et « Sollicitations multi-physiques»