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10 ans de Physique des Chocs : l’évolution du rôle de la simulation numérique dans notre développement

By 15 octobre 2018 No Comments

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Depuis maintenant 10 ans, notre entreprise a développé une capacité d’expertise unique dans le monde des laboratoires privés s’intéressant au comportement dynamique des matériaux et notamment aux chocs dans les matériaux. Cette expertise repose sur des ingénieurs confirmés ayant à leur disposition des outils expérimentaux et numériques parmi les plus perfectionnés dans le domaine. C’est cette conjonction entre les hommes, les machines et les logiciels qui crée notre potentiel dans la connaissance des phénomènes physiques associés aux chocs dans les matériaux et dans les systèmes.

La construction de ce groupe ne s’est pas faite en un jour… Plus de 10 ans ont été nécessaires pour bâtir brique par brique cet édifice. Retour sur quelques dates-clés qui ont jalonné la construction de notre expertise en calcul et simulation numérique :

2008 : Dimensionnement des chambres de détonation.

Le début des travaux d’expertise a commencé avec la compréhension des mécanismes d’interaction entre les explosifs et les chambres de confinements d’explosion. Le travail de conception de ces chambres, pour des masses d’équivalent TNT de quelques centaines de grammes à plusieurs dizaines de kilos, débute en effet avec la définition du « terme source ». Il s’agit de déterminer les pressions appliquées sur la face interne de la chambre qui résultent de la détonation de l’explosif.

Propagation de souffle simu - exemple de simu faite pour vérifier les qualités intrinseques de nos chambres

Le calcul consiste dans un second temps à déterminer la réponse de la structure à ces premières ondes de contrainte et à vérifier qu’aucun élément ne sorte de son comportement élastique. La qualité de l’expertise correspond au dialogue entre les concepteurs et les numériciens, ces derniers étant là pour valider le comportement au choc. Pour ces premiers travaux, 2 ingénieurs disposaient de 2 logiciels et de 6 cœurs de calcul.

Simulation numérique d'un impact sur un réservoir sous pression de satellite

2012 : Vulnérabilité des réservoirs sous pression.

Dans le cadre d’un contrat R&D du CNES, l’étude a consisté à analyser le comportement d’un réservoir de satellite soumis à des impacts de débris spatiaux. La comparaison entre les essais (réalisés à 4.5 km/s) et la simulation numérique a mis en évidence les modes de rupture principaux de ces réservoirs, constitués d’un liner métallique bobiné par une coque en composite résine-carbone.

Les simulations devaient combiner trois formulations disponibles dans LS-DYNA : Lagrangien, SPH, ALE, avec un couplage entre chacune d’entre elles, ce qui est inédit pour ce type de simulation. Pour cette étude, le nombre de cœurs dédiés au calcul est passé à 16.

2014 : MAUDE et IMPAGREL.

Le programme IMPAGREL et le programme MAUDE sont deux types d’études R&D supportées par la DGA et l’ANR. Dans le cadre de ces études, l’expertise s’est accrue avec une évolution des moyens expérimentaux vers des gammes de température allant de -100°C à +300°C et avec une augmentation des moyens de simulation jusqu’à 32 cœurs.

Simulation numérique d'un impact de grêle
Simulation numérique d'un impact d'oiseau sur une structure aéronautique
simulation d'un impact sur matériau composite

2016 : Balistique terminale.

Plusieurs expertises ont été menées pour étudier le comportement d’éléments aéronautiques ou d’éléments de Véhicules Blindés Légers face à des agressions spécifiques. Pour le domaine aéronautique, l’expertise a été consacrée à la réponse d’un radome en composite impacté par un oiseau. La démarche itérative entre les essais balistiques, les expériences de caractérisation du comportement dynamique des matériaux composites et les simulations numériques a conduit à la certification rapide de cet élément d’avion.

Pour les VBL, la même démarche a conduit à la compréhension des phénomènes physiques rencontrés par les différents matériaux au cours du fonctionnement du blindage. Pour mener à bien ces études, 6 ingénieurs disposaient de 2 logiciels et de 54 cœurs de calcul.

En 2018, notre équipe de Calcul s’est renforcée d’un ingénieur supplémentaire et les moyens de calcul représentent 72 cœurs. Ainsi, Thiot Ingénierie a suivi l’évolution des technologies numériques passant de quelques PC et d’une seule licence logiciel en 2008 à aujourd’hui de plusieurs stations de travail qui représentent un potentiel de 72 cœurs parallélisés et de 3 logiciels différents de dynamique rapide. Notre capacité de calcul a été multipliée par 100 en 10 ans. Par ailleurs, notre équipe développe pour nos besoins spécifiques et pour nos clients des logiciels liés à l’utilisation de nos moyens d’essais : la famille CESAR pour la balistique intérieure des lanceurs, DARTS pour CHRONOS et LABHO pour les analyses des tests aux barres d’Hopkinson.

Un membre de l'équipe de simulation numérique au travail

D’un point de vue humain, notre groupe Physique des Chocs représente aujourd’hui 6 techniciens (opérateurs, dessinateurs/concepteurs, métrologie) et 10 ingénieurs pluridisciplinaires qui travaillent ensemble quotidiennement. La qualité de notre expertise repose sur ce dialogue permanent entre l’expérience et la simulation numérique, ainsi que sur le partage des connaissances et des savoir-faire entre ces différents acteurs.  Cette activité, principalement axée vers nos clients, ne laisse cependant pas de côté les échanges avec les autres acteurs de notre discipline au niveau international. La participation aux conférences internationales, les collaborations avec les grands donneurs d’ordre hexagonaux (DGA, CNES, …) et les laboratoires universitaires nous assurent la reconnaissance de notre expertise au plus haut niveau de compétence.

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