Étude de similitude de l’impact à l’eau avec un impact solide

L’impact d’une structure solide dans un milieu est le siège d’un passage énergétique (voir la figure 1.8 du Chapitre 1). Cela se caractérise notamment par l’apparition d’une force ou d’une pression de contact qui évolue souvent sous forme d’un pic avec le temps ou le déplacement de l’impacteur. La forme de ce pic est caractéristique d’une absorption d’énergie. Il est possible d’amortir un impact par des dissipateurs d’énergie [Trad 2011] (par frottement, par déchirure, par flambement) ou par des absorbeurs énergétiques [Viot 2008] (matériaux poreux).Dans ce chapitre, le système BELOCOPA est modélisé comme un tube cylindrique qui vient impacter latéralement de l’eau. Les similarités avec un impact sur une structure solide sont présentée. L’objectif visé dans ce chapitre est de dimensionner un programmateur d’impact [Lalanne 1999] qui reproduit l’effort subi par le cylindre pendant l’impact à l’eau afin de ga- rantir la tenue des composants internes au système BELOCOPA pendant le crash.Un programmateur d’impact est un système expérimental qui a pour but d’appliquer à l’im- pacteur un profil d’impact. Lalanne [Lalanne 1999] introduit cette notion dans le but de simuler un type de profil avec certains matériaux ou certains phénomènes mécaniques. Cela peut être réalisé en décélérant une pièce selon un certain profil, à l’aide d’une structure. (Figure 4.1).

Pour reproduire le pic d’effort, il est décidé d’étudier le flambage dynamique sous impact de tubes en alliage d’aluminium de désignation 6060 T6dans la section 4.3. Des simulations élé- ments finis du flambage dynamique sous impact et des essais sur puits de chute sont utilisés pour comprendre les mécanismes de déformation afin d’essayer de dimensionner un programmateur d’impact.Dans cette section, une revue bibliographique de l’impact à l’eau est proposée. Des essais, des modèles analytiques et numériques d’impact sont analysés. Du point de vue énergétique, l’eau peut être considérée comme un absorbeur ou un dissipateur énergétique. Il est donc décidé d’étudier les matériaux qui composent ces systèmes énergétiques dans la littérature [Trad 2011] [Viot 2008] à travers un état de l’art sur le flambage de tubes et sur les matériaux poreux.L’approche expérimentale est la plus directe pour l’étude de l’impact à l’eau. La force d’impact et la pression en certain point de l’impacteur sont souvent relevées. Cela nécessite des capteurs de pression innovants. Un exemple est présenté par Portemont [Portemont 2004]. Dans cette section, les pics de force ou de pression sont quantifiés pour différents impacts à l’eau.Les études expérimentales portent la plus part du temps sur l’impact de structures simples comme un cône [Tassin 2010] [Aquelet 2004] [Peseux 2005], un dièdre droit [Okada 2000] ou en- core un cylindre [Greenhow 1983]. L’effort peut être relevé pendant l’impact. Pour Tassin (Fi- gure 4.2 (a.))., la force d’impact augmente avec le temps jusqu’à ce que le cône soit totalement immergé. La valeur du pic de force est de 50 kN pendant une durée de 4 ms (déplacement d’envi- ron 80 mm). La pression de contact est aussi analysée.

Revue expérimentale de l’impact à l’eau

un pic de pression d’une valeur comprise entre 1,1 MPa et 2,5 MPa est observable. Sa durée est d’environ 1 ms. L’influence des angles de dièdre est étudiée par Okada [Okada 2000]. Il montre notamment la forme de l’évolution du pic de pression en fonction du temps. Pour un impact plan, ce pic a un temps de montée équivalent au temps de descente (Figure 4.3 (a.)). Pour un impact avec un dièdre, dont l’angle est supérieur à 0, le temps de montée du pic de pres- sion est faible devant le temps de descente (Figure 4.3 (b.)). D’autres essais d’impacts sur eau sont disponibles dans la littérature [Anghileri 2011] [Huera-Huarte 2011] [Constantinescu 2006] [Deletombe 2013a] [Caleyron 2013].Dans l’étude de Aquelet (Figure 4.2 (b.)),Von Karman [Karman 1929] propose un modèle analytique d’impact à l’eau. Il décrit la répar- tition des pressions induites par le contact flotteur d’hydravions. Il modélise en deux dimensions la section de ce flotteur comme un triangle isocèle dont le sommet principal est immergé.