Recherche d'une méthodologie pour la simulation des réservoirs de carburant à parois souples subissant un drop test

Le sujet principal de cette contribution porte sur la recherche d'une méthodologie pour la simulation des réservoirs de carburant à parois souples subissant un drop test. Ces réservoirs sont couramment utilisés pour des applications aérospatiales et doivent remplir plusieurs fonctions, à savoir, empêcher la sortie du carburant lors d'un impact par balle et assurer l'étanchéité lors d'un crash. Ces réservoirs sont composés de plusieurs matériaux différents, parmi lesquels nous trouvons des composites à matrice élastomère et des mousses auto-obturantes. Dans le cadre du projet BALLOO (maître d'?uvre : la société PRONAL), un démonstrateur de réservoir innovant sera fabriqué (géométrie empruntée à la norme MIL-DTL-27422E) et testé suivant les préconisations de la norme européenne CS27 ou CS29. La simulation devient un élément incontournable pour guider les choix de design et caractéristiques des éléments utilisés (épaisseur, zones d'assemblages, géométrie). Néanmoins, une méthodologie pour l'usage industriel s'avère nécessaire étant donné le caractère exotique de la structure, le chargement, les matériaux et l'interaction fluide-structure. Deux approches sont envisagées pour la simulation du drop test : - une modélisation du type ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian), jugée plus proches de la physique grâce, en partie, à l'existence des lois matériaux bi phasiques pouvant représenter la présence d'une mélange eau ? air dans un même composante. Dans cette modélisation, le fluide est maillé par des éléments volumiques hexaédriques conformes avec la maille de la paroi du réservoir. - une modélisation du fluide par SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), a priori plus robuste et mieux adaptée à une démarche de conception et optimisation industrielle. Dans ce cas, deux composantes différentes sont créées pour représenter l'air et l'eau respectivement. La technique de paroi SPH est utilisée pour contourner certains problèmes liés à l'interaction de la paroi et les particules fluides, comme la formation des vides non physiques lors d'une expansion de la paroi. Ces deux approches seront comparées en termes de qualité de résultat, robustesse, simplicité de mise en données, et utilisées pour établir la meilleure géométrie du réservoir ainsi que la position des zones de recouvrement des tissus dans la paroi. Une deuxième problématique concerne la loi matériau relative à la paroi du réservoir, il s'agit d'introduire un comportement dépendant de la vitesse de déformation, à partir d'une loi de base programmée sans cette dépendance. Une 1ère idée est l'utilisation de 2 lois matériaux différentes appliquées à 2 éléments finis différents qui partagent les mêmes n?uds (éléments confondus) : avec une loi tissu pour la toile résistante anti-crash (sans viscosité) et une loi matériau hyper-élastique Ogden/Mooney-Rivlin pour l'enduction caoutchouc (avec viscosité). L'analyse qualitative du comportement pour explorer la faisabilité et les capacités de ce type de modélisation par éléments confondus a soulevé des difficultés d'identification paramétrique. Une 2ème idée, si une telle simplification est possible (par exemple en phase de pré-dimensionnement), est l'utilisation d'une loi matériaux composites orthotropes pour éléments coques : comportement élastique linéaire orthotrope en deçà de la limite d'élasticité, puis, comportement non linéaire dissipatif (selon critère de Tsai-Wu) et un critère de rupture (par exemple, valeur maximale d'un travail de déformation anélastique ou déformation maximale en tension). L'ajout de viscosité dans la partie linéaire se ferait ici par introduction d'une série de Prony, mais l'identification paramétrique reste difficile sur toute la gamme de vitesses de déformation. Ces simulations seront faites à l'aide du code de dynamique explicite Altair RADIOSS de la suite Altair Hyperworks