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Les composites découvrent le crash

Jean-François Prevéraud

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- Un nouvel environnement pour tester la résistance des structures complexes réalisées dans ces matériaux est en préparation.

Les matériaux composites occupent une place grandissante dans les véhicules. Il devient indispensable de s'assurer de leur résistance au crash. « Mais il y a encore peu, la finesse de discrétisation nécessaire était incompatible avec les puissances de calcul disponibles », note Pierre Culière, responsable des activités crash chez l'éditeur français ESI Group.

Cela explique que l'on se soit limité à des problèmes ponctuels comme l'impact d'un oiseau sur un bord d'attaque d'aile ou le comportement d'une traverse de renfort de bouclier avant de voiture. La volonté de réduire, voire de supprimer, les prototypes physiques impose désormais de simuler au mieux le comportement au crash des structures complexes en matériaux composites.

« Nous sommes en train d'élaborer un environnement de simulation permettant de traiter ce cas. Nous le validons actuellement avec quelques industriels et il devrait être disponible en 2006 », révèle Fouad El Khaldi, responsable des produits émergents de l'éditeur.

Le problème n'est pas simple. À l'inverse des matériaux traditionnels, les composites n'existent pas avant leur mise en forme, puisqu'il s'agit de conformer et de polymériser dans un moule un assemblage hétérogène de fibres et de résine. La caractérisation du matériau est donc très dépendante de sa mise en oeuvre. Un point d'autant plus difficile à maîtriser que celle-ci est le plus souvent manuelle.

De nouveaux paramètres analysés

En effet, les modèles géométriques, utilisés en CAO, ne précisent pas la structure de la matière. Il faut tenir compte de l'orientation des différentes couches de tissus, de la densité et des caractéristiques des fibres de renfort, des risques de microvides provoqués par une mauvaise accroche de la résine sur les fibres, ainsi que des caractéristiques du process de polymérisation.

L'environnement de simulation, qu'ESI Group met en place, couple plusieurs de ses logiciels. Pam-Form traite le drapage des pièces et fournit des éléments coques tenant compte de l'orientation des différentes nappes. Ceux-ci sont alors utilisés par Pam-RTM qui analyse l'injection de la résine entre les fibres au sein même de la préforme. Les résultats sont ensuite réutilisés pour alimenter le code Sysply, si l'on souhaite valider la rigidité de la pièce en statique linéaire ou obtenir son spectre modal, ou le code Pam- Crash, si l'on veut valider son comportement au choc.

Si des constructeurs d'automobiles tel BMW, ou des équipementiers comme Visteon, entretiennent des cellules de veille sur le sujet, ESI Group a été amené à travailler avec l'écurie Courage Compétition réputée pour ses résultats aux 24 Heures du Mans.

La modification du règlement de sécurité par l'Automobile Club de l'Ouest en 2004 a conduit l'écurie à développer une nouvelle structure entièrement composite pour ses voitures. « Nous n'avions ni le temps ni les moyens de construire plusieurs prototypes. Nous nous sommes donc orientés vers la simulation numérique avec ESI Group », raconte Nicolas Perrin, responsable du bureau d'études.

Les résultats sont probants. Le nez de la voiture est passé de 6 à 1,5 kg tout en offrant une meilleure résistance au choc, en répartissant mieux la matière en fonction des efforts. De même, le fond plat de la voiture, une pièce d'une trentaine de kilos, a vu sa masse réduite de 25 %, alors que sa rigidité augmentait de 40 %. Les essais physiques d'homologation, menés ensuite, ont montré une corrélation à 3 % avec les simulations.

EN BREF

Le problème - Pour diminuer le nombre de prototypes physiques, les industriels des transports ont besoin de simuler la résistance au crash. La solution - Le couplage de plusieurs logiciels apportera la réponse dès l'an prochain.

DÉJÀ DES RÉSULTATS PROBANTS

- La solution a été expérimentée sur les voitures de course Courage. La simulation a fait passer le nez de la voiture de 6 à 1,5 kg. Le fond plat, pièce d'une trentaine de kilos, a vu sa masse réduite de 25 %, alors que sa rigidité augmentait de 40 %.

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