Identification des caractéristiques de flambage dynamique de tube

L’impact sur un tube à son extrémité peut produire le flambage de celui-ci. La revue bi- bliographique de la section 4.1.3 a montré que la force résultante de ce flambage évolue souvent sous forme de pics. Dans cette partie, une étude sur l’impact de tubes en alliages d’aluminium de désignation 6060 T6 est présentée. On se propose d’étudier les similitudes entre les pics d’un impact sur une structure en flambage dynamique et d’un impact à l’eau. Dans un premier temps, une étude numérique va permettre d’étudier l’influence de différents paramètres sur la réponse en terme de force durant un impact. Dans un deuxième temps, des essais d’impact sur des tubes percés vont être effectués sur un puits de chute. Ces essais sont comparés à des simulations numériques. Seule une modélisation numérique (pas analytique) est donc proposée ici.Des simulations numériques en éléments finis à l’aide du code de calcul Abaqus/Explicite sont effectuées afin d’étudier le flambage dynamique plastique sous impact de tube en alliage d’aluminium de désignation 6060 T6 (Figure 4.25). Dans ce modèle, un tube de diamètre extérieur D, d’épaisseur e et de hauteur h est positionné de façon longitudinale sur une plaque. Cette plaque est considérée comme un corps analytique rigide encastré. Un deuxième corps analytique rigide dont une masse m est associée vient impacter ce tube avec une vitesse initiale de valeur V. Le tube est maillé à l’aide d’éléments finis de type coque avec 5 points d’intégration dans l’épaisseur et une taille caractéristique de 3 mm. Le comportement de l’alliage d’aluminium de désignation T6 suit une loi de Johnson Cook (Équation 2.1).

Pour le flambage dynamique, des calculs ont montrés que l’influence de la température sur la réponse à l’impact est faible en terme d’effort. Dans le cas d’un impact axiale sur un tube dont les caractéristiques sont données dans le tableau 4.7, l’échauffement est inférieur à 10 K. Un couplage thermo-mécanique ne sera donc pas nécessaire. Le temps de calcul est donc réduit. Les paramètres de la loi de Johnson Cook du matériau sont disponibles dans le tableau 4.6. Ils sont issus d’une identification réalisée à partir d’une loi de comportement présentée par Chen [Chen 2009]. La méthode d’identification du comportement est présentée dans l’Annexe E.Une étude est menée dans cette section pour identifier l’influence de divers paramètres sur la force d’impact. Un tube témoin de référence est utilisé pour cette étude. Les caractéristiques de ce tube et de l’essai sont disponibles dans le tableau 4.7. Sur la figure 4.26, les résultats de la simulation sur le tube témoin sont tracés en terme de force d’impact et comparés à ceux trouver dans le cadre de l’étude de l’impact à l’eau de la section 4.2.3. La force évolue sous forme de pics, dont le premier a une valeur égale à 155 kN. La durée de montée de ce pic est de 10,16 s, le pic oscille alors autour de sa valeur maximale pendant une durée identifiée sur la figure 4.26 comme la durée de pic, de 160 s, puis il chute pendant 640 s. Il est alors identifié que la durée du pic est trop importante pour approcher celui de l’impact à l’eau.

La simulation permet l’analyse de la propagation de l’onde de déformation dans le tube pendant l’impact (Figure 4.27). À un temps t = 0,0086 ms, la déformation axiale dans le tube appelée  » se propage dans le sens de la longueur du tube. Cette onde de déformation continue à se propager (Figure 4.27 (b.) (2)) et atteint l’autre extrémité du tube. A cet endroit, l’onde de déformation est réfléchie et ainsi sa valeur s’accumule (Figure 4.27 (b.) (3)). La déformation plastique apparait et à partir d’une valeur équivalente de 0,15 %, la paroi du tube commence à s’effondrer. Ainsi, c’est bien cette apparition localisée de la déformation plastique qui, dans le modèle numérique, permet l’apparition d’une imperfection et donc le flambage du tube. A noter que cette localisation est dû à la propagation des ondes de chocs élastiques dans la structure. Le flambage est donc élastique suivi d’un post-flambage élasto-plastique.Un jeu d’imperfections est ajouté au tube de référence. Ces imperfections ont été dimension- nées à l’aide d’un calcul de mode propre du tube. Un calcul explicit d’impact sur ce tube ne change pas la réponse en termes de force de flambage par rapport au calcul sans imperfection. La prédiction du flambage ici n’a donc pas besoin d’un premier calcul type « buckling » pour l’ajout d’imperfection géométrique. Le comportement visco-plastique suffit pour obtenir de bons résultats.