Amélioration d'un modèle numérique de 1100 kg sur LS-DYNA pour une application d'impact contre une barrière de sécurité

Abstract

Ce travail de fin d'études a comme fil conducteur l'élaboration d'un modèle de voiture et sa confrontation dans différentes situations visant à valider sa fiabilité.

Les différentes normes réglementant les crashs sont d'abord passés en revue. D'abord, la norme MASH réglementant les conditions d'impact selon le type de véhicule. Elle permet de fournir une évaluation des performances de sécurité. La norme FprCEN/TR 16303-2 quant à elle impose des tests à appliquer au modèle pour valider sa fiabilité numérique. Pour réaliser les simulations, le logiciel Ls-Dyna est utilisé, lequel est un logiciel de simulation par éléments finis non linéaires.

Le choix du modèle est effectué en accord avec les dimensions du type de véhicule à tester, un petit véhicule dans le cas présent, selon la norme MASH. Le choix s'est porté sur la Kia Rio V2 qui s’en rapproche le plus. Quelques adaptations sont de même nécessaires pour être tout à fait conforme, à savoir en adaptant la masse, l’empattement et en modélisant la suspension.

Ce modèle est ensuite confronté aux tests exigés par la norme FprCEN/TR 16303-2. Des tests statiques sont d’abord menés en chargeant chaque roue puis chaque essieu séparément. Ensuite, des chargements symétriques et asymétriques sont appliqués au modèle. Dans tous les cas, les résultats attendus sont obtenus.

Les tests dynamiques sont ensuite réalisés. Les premiers résultats présentent de nombreuses incohérences, telles qu'une énergie interne instable. Après localisation du problème, une solution satisfaisant la norme est obtenue, néanmoins elle n'est pas parfaite et potentiellement améliorable. De façon similaire, le test dynamique de suspension du train arrière est validé après la correction de plusieurs problèmes. Quant à la suspension du train avant, l'élaboration d'un nouveau mécanisme de direction s'avère nécessaire. Finalement, le test de chaque roue passant sur un dos d'âne fournit des résultats tout à fait logiques.

Ensuite, l'aptitude du véhicule à suivre une trajectoire linéaire et circulaire est étudiée. Dans le premier cas, aucun problème n'est relevé. Dans le second, étant donné que le système de direction n'est pas parfaitement au point, les résultats ne sont pas définitifs.

Pour conclure, les crash-tests sont abordés. Premièrement, le modèle percute un mur rigide. Les résultats s'avèrent être corrects en considérant les accélérations, vitesses et énergies du crash. Ensuite, le test a lieu avec une barrière pour laquelle des données expérimentales sont fournies. Le scénario de l'accident issu des données et du modèle sont confrontés et s'avèrent être similaires. L'ampleur des dégâts diverge par contre quelque peu.

Finalement, ce travail s'achève en énonçant les différentes pistes permettant de compléter le présent travail pour un modèle encore plus réaliste.

The common thread of this master thesis is the development of a car model to confront in different situations.

The norms that rule the crash tests are reviewed. First of all, the MASH norm governing the impact conditions in accordance with the vehicle type. It permitss providing an assessment of the safety performance. As for the FprCEN/TR 16303-2 norm, it dictates the tests that the model must undergo in order to validate its digital reliability. The simulations are carried out thanks to the Ls-Dyna software which is a program using non linear finite elements.

The choice of the model is achieved in accordance with the dimensions of the vehicle type, a small one in this case, according to the MASH norm. The kia Rio V2 is selected since it is the closest one. Nevertheless, some adjustments are necessary to be fully compliant, namely by adapting its mass, its wheelbase and thanks to a new modeling of the suspension system.

The model is then evaluated by the tests requested by the FprCEN/TR 16303-2 norm. Static tests are first conducted by loading each wheel and each axle separately. Then, symmetrical and asymmetrical loads are applied to the model. In each case, the expected results are obtained.

Dynamic tests are then performed. The first results display inconsistencies such as unstable internal energy. After identifying the problem, a solution satisfying the norm is obtained. Nevertheless, it is not perfect and has potential scope for improvement. Similarly, the dynamic tests of the rear suspension are validated after fixing several problems. Regarding the front suspension, the conception of a new steering system turns out to be needed. Finally, the test of each wheel going over speed bumps gives logical results.

Afterwards, the ability of the vehicle to follow a straight or a circular path is studied. In the first case, no defect is observed. In the second case, given that the steering system is not fully operational, there are no final results.

Finally, the crash tests are tackled. Firstly, the model strikes a rigid wall. The results turned out to be correct considering the acceleration, speed and energy. Secondly, the test took place with a gate for which experimental data are available. The progress of the crash for the model and the data was the same. Nevertheless, the amplitude of the damage were slightly different.

To conclude this report, several ways of improving this work are formulated to obtain a more realistic model.