Crash de structures composites tubulaires et absorption d’énergie pour le développement de sièges aéronautiques
Résumé
Dans l’optique de la conception et du développement d’un siège aéronautique et afin de respecter la règlementation sécuritaire en vigueur, la structure du siège développé doit permettre une dissipation rapide de l’énergie perçue en cas de crash aérien (Fig. 1) dans le but de protéger les passagers. La majorité des systèmes passés et actuels intégrés à la structure du siège et permettant la dissipation d’énergie (Fig. 2) est constituée de composants métalliques. Lors d’une sollicitation en cas de crash, la déformation plastique de ces pièces métalliques permet la dissipation d’énergie. Actuellement, l’industrie et la recherche se tournent vers la piste des matériaux composites pour substituer de tels systèmes. Le choix d’une structure en matériaux composites a été conduit du fait de la légèreté de ce type de matériaux, de leurs propriétés mécaniques intéressantes et du contexte aéronautique. Cependant le comportement de ces matériaux lors de sollicitations mécaniques importantes est fortement différent des matériaux métalliques, notamment dû au fait que les procédés d’endommagement sont très distincts. Le but de cette étude portant sur des structures tubulaires composites est d’évaluer leur capacité à dissiper l’énergie engendrée en cas de crash. A cette fin, différentes structures tubulaires en composites de composition différentes ont été testées en compression (Fig. 3 et 4) dans le but de déterminer leur comportement, comparer leur propriétés et enfin calculer leur valeur de SEA (absorption d'énergie spécifique, en kJ.kg-1) servant à évaluer leur capacité à dissiper de l’énergie. Ces dernières sont indirectement issues des courbes effort-déplacement obtenues lors des essais d’écrasement (Fig. 5). On peut également souligner que les différents essais de compression ont été instrumentés et suivis au moyen de caméras thermiques (Fig. 4 et 6), dans le but de comparer et de tenter de retrouver la valeur de l’énergie dissipée sous forme thermique lors de l’endommagement. Les différents résultats de comportement en compression sont également utilisés dans le but de construire et enrichir un modèle de calcul par éléments finis (Fig. 7 et 8) permettant de simuler la réponse de structures composites de différentes natures soumises au crash en intégrant la géométrie et la composition de la structure (Fig. 8). L’objectif du travail de recherche présenté est ainsi d’évaluer l’énergie pouvant être dissipée par des structures tubulaires composites, de comparer les absorptions induites par des structures composites de compositions différentes et/ou bi-matériaux et enfin de fournir un modèle éléments finis représentant le comportement de structures composites en compression jusqu’à l’endommagement et la ruine de la structure.