TREMPLIN - #02- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 23

Pouvez-vous nous expliquer comment dimensionne-t-on
un véhicule au crash?
Lors d'un crash, dans un véhicule, les éléments compressibles
(longerons, traverses) dissipent de l'énergie et les éléments non
compressibles (moteur, boîte, batterie) occupent de l'espace et
représentent un danger. Pour maximiser les chances de survie, il faut
éviter que le cockpit se déforme trop en organisant les éléments qui
constituent l'avant du véhicule pour maximiser la dissipation d'énergie
tout en minimisant l'empilement d'éléments incompressibles :
le bouclier du véhicule se comprime puis les crash box puis les
longerons etc. Il faut également assurer une structure et une retenue
(retenue = sièges, ceinture, airbag, colonne de direction) qui soient
équilibrées pour minimiser les blessures internes et externes pour
un crash à une vitesse inférieure à 65km/h. Ici la thèse ne traitera
pas de la retenue mais uniquement du comportement de la structure.
Aujourd'hui, de manière très concrète, la première étape est de
construire un modèle très simple multi-corps 0D avec des alternances
de ressorts et de masses, sans restitution d'énergie des ressorts (les
ressorts ne font que se comprimer). Cette étape permet de définir
les spécifications techniques globales : à la fin de cette étape, le
comportement cible du véhicule est connu. Puis ce modèle est
raffiné afin de pouvoir dimensionner les voies d'efforts et donc de
déterminer les propriétés mécaniques des éléments qui absorbent
les chocs. Au fur et à mesure que chaque élément se comprime, des
paliers de chocs sont reçu par les occupants du véhicule.
Etant donné que ce qui dimensionne un crash est la structure du
véhicule (longerons, traverses, tablier, cockpit), le bouclier, le
moteur, le radiateur, le capot, et le train avant, ce sont les éléments
sur lesquels je me suis focalisé dans la thèse car ils sont responsables
des comportements observés lors d'un crash.
Figure 2 : Simplification d'un véhicule avec la théorie des poutres
Comment construit-on un modèle multi-corps ?
Pour construire un modèle multi-corps, nous avons besoin d'une
topologie, soit des corps rigides avec des connexions entre ces
corps, d'une cinématique, soit des connexions entre ces corps et
la façon dont ils bougent entre eux et d'une rhéologie, soit le
comportement de ces connexions pendant une sollicitation. Grâce
à tous ces éléments nous pouvons obtenir un modèle multi-corps.
Concrètement pour le construire, il faut :
- Premièrement détecter les parties du véhicule peu déformées au
cours de la simulation éléments finis. Dans le cadre de ma thèse
j'ai automatisé cette étape à l'aide d'algorithmes dérivant de la
computer vision (vision par ordinateur).
- Deuxièmement, les relier entre elles par la construction d'un graphe
topologique en s'appuyant sur la continuité de la matière
Figure 1 : Schéma des éléments intervenant lors d'un crash
De quels éléments vous êtes-vous inspiré pour votre
méthode?
Durant la phase de recherches bibliographiques de ma thèse, j'ai
cherché comment construire un modèle qui permet d'extraire de la
simulation éléments finis, les informations qui permettent de réaliser
un modèle simplifié, ayant pour objectifs d'aider les ingénieurs
à faire du pré-dimensionnement. J'ai choisi de simplifier les
simulations éléments finis avec des modèles multi-corps, articulant
des corps rigides grâce à des liaisons dissipatives (pivot, glissière,
- Troisièmement, transformer ce graphe topologique en graphe
cinématique par une analyse du mouvement relatif observé entre
deux corps connectés. Ce qui nous permet d'obtenir un modèle
multi-corps.
- Enfin nous associons un repère sur les liaisons afin de projeter
les efforts dans la direction de déformation et de calculer les
moments au niveau du centre de rotation. Cela permet d'observer
la réaction des zones de déformations (liaisons) en fonction de leur
déformation, sur l'axe de déformation, au niveau de la déformation.
Donc d'en caractériser la rhéologie.
La rhéologie a été modélisée à l'aide d'un modèle d'hystérésis de
Bouc-Wen. Ce dernier est réglé avec 3 paramètres bien connus des
mécaniciens : la raideur, l'effort seuil de plastification et la pente
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pivot+glissière) : c'est le principe sur lequel je me suis appuyé et qui
permet de retrouver des résultats relativement fidèles à ceux obtenus
avec les éléments finis.

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Sommaire
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