Etude de la fragmentation dynamique d’enveloppes métalliques accélérées

Analyzing dynamic fragmentation of metallic shells is imperative for aerospace, nuclear and defense applications. The defense administration has to guarantee safety zones around warheads from ballistic studies and experiments. The fragment size distribution, one major input to the ballistic models, is modelled in present PhD. The main physical phenomena controlling bomb fragmentations are and analyzed.The study focuses on modeling a high explosive warhead fragmentation. The fragments mass and spatial distributions are required. Our approach is based on the dynamic and probabilistic studies of Mott. High dynamic unidimensional bar and torus fragmentations are analyzed. Three interdependent physical phenomena control fragmentation: nucleation of macroscopic defects, damage growth leading to local failures while a unloading Mott wave propagates and finally the interaction of Mott’s wave. Mott considered a statistical law describing macroscopic defect nucleation as a function of the strain. Modelling strain localization at the scale of the real material heterogeneities, justifies theoretically Mott’s assumption and enhances its predictions. Once a defect nucleates, Mott simplified this situation to be instantaneous through thickness failure, stress dropping locally to zero followed by an unloading wave starting at the crack. Grady introduced a non-zero stress at the damaged section, highlighting the relation between local damage development and the Mott wave speed. The wave front delay, due to damage development, predicted by Grady, has been revised and ameliorated. Finally, Mott’s stress release waves’ interactions are analyzed to obtain the fragments mass distribution.Les études de la fragmentation dynamique d’enveloppes métalliques sont importantes dans ledomaine militaire, aérospatial, automobile ou encore nucléaire. Pour la Défense, ces études permettentd’estimer des zones de sécurité autour des corps de bombes. On ne s’intéresse pas dans ces travaux aux étudesbalistiques ou à la définition statistique des zones de sécurité. On cherche à analyser les phénomènesphysiques influençant la fragmentation.L’objectif est de prévoir les dispersions massiques et spatiales des éclats générés par la fragmentationd’une enveloppe métallique en expansion inertielle très rapide. Les travaux sont basés sur l’approchedynamique et probabiliste de Mott. Dans cette thèse, on étudie les cas d’une barre et d’un tore. On distinguetrois phénomènes physiques primordiaux :- Le premier phénomène consiste à étudier une loi statistique de localisations de déformation. Mott aproposé plusieurs modèles, mais aucun ne tient compte des hétérogénéités initiales du matériau. Nous avonsidentifié cette loi pour une nuance d’acier 35NCD16 et réalisés une étude paramétrique dont les résultatspermettent de mieux comprendre la formation de ces localisations.- On modélise ensuite l’endommagement des sites de localisations de déformation. Nous avonsintroduit dans nos modèles une loi d’endommagement innovante qui ne tient pas compte du chemin depropagation des fissures. Cette dernière nous permet de modéliser une zone de relâchement de contraintes.- Le dernier phénomène étudié est l’interaction entre les ondes successivement générées. Nous avonsainsi pu obtenir la dispersion massique des éclats à partir d’un modèle physique pour un tore unidimensionnelen expansion