De meilleures structures en sandwich pour le secteur des transports
Les composites associent deux matériaux ou plus, préservant la structure de chacun (ils ne sont pas mélangés) afin de bénéficier des propriétés des deux. Les structures en sandwich, très légères et résistantes, sont très utilisées par le secteur des transports, où un poids plus élevé augmente la consommation de carburant et les rejets associés. Cependant, elles sont sujettes aux fissures et au décollement en cas d'impact à faible vitesse. Les scientifiques du projet IMPACTSMART SANDWICH(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Active control of impact response of smart sandwich structures), financé par l'UE, ont mis au point un algorithme de contrôle par rétroaction pour réduire l'effet des impacts à faible vitesse. Les chercheurs ont modélisé la structure en sandwich sous forme de quelques couches séparées, pour prévoir correctement les contraintes aux interfaces avec un minimum de calculs. Ils ont appliqué des méthodes mathématiques sophistiquées pour prévoir l'évolution dans le temps de la force de l'impact, des déplacements, du potentiel électrique, des vitesses, des pressions et des contraintes. Cette méthode utilise environ 1 % de la puissance de calcul nécessaire pour un modèle classique complet d'un système projectile-cible. Bien entendu, le gain en termes de calcul est inutile si les résultats sont trop éloignés de la réalité. Les scientifiques d'IMPACTSMART SANDWICH ont donc vérifié la valeur de leur méthode en la comparant avec des résultats publiés, numériques et expérimentaux, ainsi qu'avec leurs propres mesures expérimentales conduites sur une configuration de test faite sur mesure. Les scientifiques ont utilisé le modèle mécanique d'impact et des algorithmes d'optimisation contrainte pour concevoir une technique d'identification des impacts. Elle détermine tous les paramètres associés à l'impact, puis calcule la réaction à l'impact (locale et globale), ce qui lui permet de déterminer la possibilité de décollement et d'écrasement du cœur. Un algorithme de contrôle actif par rétroaction active pilote une couche superficielle de céramique piézoélectrique, qui réduit la force de l'impact via un système de modification de la forme. L'équipe a aussi quantifié l'énergie stockée dans les actionneurs piézoélectriques pendant l'impact, dans l'optique de la récupérer. Les résultats ont été présentés via quatre publications dans des revues scientifiques à comité de lecture, et trois publications de conférence. Cette technique améliorera la conception des composites ainsi que leur surveillance et leur inspection en service, apportant une contribution importante à la compétitivité du secteur de la fabrication des composites en UE.
Mots‑clés
Structures sandwich, composites, piézoélectrique, contrôle par rétroaction, réaction à l'impact
