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The main objective of this thesis was to get a step closer to the accurate and trustworthy simulation of impact simulations. The ultimate goal was and is to be able to predict if a plate can stop, or not, an impacting bullet. But first of all, one wants to be able to simulate correctly an impact and have residual velocities which are in accordance with experimental results and the theoretical model of Recht-Ipson.
A brief literature review is done for all material and numerical models, as well as particular experimental observations that are necessary for good understanding.
In a first part, the material of the plate (steel 600HB) has been calibrated using experimental data from different specimens with different triaxialities. The calibration has been done for the stress-strain curve, as well as for the failure. Mesh dependency has also been studied. The results were excellent (discrepancy of less than 5%) for the stress strain curve, but less precise for the failure. In fact, the initiation of failure could not be modelled accurately for the notched specimens. None of the tested failure models forced the notched specimens to fail in the middle, as it is observed experimentally.
In a second part, the material of the projectile has been verified by means of a Taylor test. The failure modes were consistent with the literature. Furthermore, different tests have been conducted to choose the best definition for the contact between the different parts of the bullet.
In the third part, using the chosen contact definition, a first simulation was launched using Lagrangian elements. The results were not really convincing. A lot of elements have been deleted, resulting into unrealistic results. Therefore, the projectile and the impact zone have been replaced by SPH. The results using this two different definitions are compared, concluding that the SPH version was a lot closer to experimental observations. Different failure laws have been tested for the plate. None of them was able to correctly predict a non-linear relation between the residual velocity and the impact velocity as it is observed experimentally. This can be improved when investigating the dependency of the plate's material and the strain rate.

Ballistic impact --- LS-DYNA --- Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie aérospatiale

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Motorcyclist security evaluation using numerical methods has been increasingly developed in order to obtain detailed information on helmet behaviour during crashes. Among
these methods, the assessment of the severity of certain crash types can help to guide helmet
optimisation. However, some material behaviours used in helmet design are nonlinear and
can induce instabilities in the model.
The objective of this work is to develop a numerical model of a full-face helmet that can
encompass a wide range of helmet designs and be used in complex simulations, such as highspeed crashes against highway barriers.
The materials used in the helmet were first calibrated before being implemented to decrease
the instability issues that could occur during simulation. The outer shell is made of acrylonitrile butadiene styrene and is modelled using an elastic model and Belytschko-Lin-Tsay
shell element.
The expanded polystyrene and the open-cell polyurethane exhibit strain-rate-dependent behaviour and are known to generate instabilities in the model. Two types of element mesh are
tested for the foams. The first one is a 1-point integration tetrahedron mesh. The second
one is a fully integrated hexahedron mesh with a selectively reduced integration formulation.
Both formulations are compared in their ability to reproduce experimental drop tests. Unfortunately, despite the good match between the results of the simulation and the experimental
data, the behaviour of the expanded polystyrene is not stiff enough to be realistic. This
leads to a volume compression ratio exceeding 80% instead of being capped around 70% of
compression.
Afterwards, the helmet’s computer-aided design and the finite element mesh were constructed, taking into account constraints that arose from the previous calibration step. The
helmet model obtained is then compared to experimental data from ECE R22-05 standard
drop tests. Unfortunately, the results of the drop tests did not match the reference results.
This may be attributed mainly to the use of an elastic material to model the outer shell and
an expanded polystyrene model not stiff enough. La question de l’évaluation de la sécurité des motocyclistes au moyen de méthodes
numériques est un domaine en plein développement permettant d’obtenir des information
détaillées sur le comportement des casques lors d’un accident de la route. Pour toutes
ces méthodes, l’évaluation de la sévérité de certains types d’accidents peut aider à guider
l’optimisation du design des casques. Cependant, le comportement de certaines des matières
utilisées dans la conception du casque est non-linéaire, ce qui peut mener à des instabilités
dans la modélisation.
L’objectif de ce travail est de développer un modèle numérique d’un casque intégral qui
peut s’appliquer à une large variété de designs de casques et être utilisé dans des simulations
complexes, comme des collisions à haute vitesse contre des garde-fous d’autoroute.
Les matériaux utilisés dans le casque ont d’abord été calibrés avant d’être implémentés
afin de diminuer les problèmes d’instabilité qui pourraient se présenter lors d’une simulation.
La partie extérieure du casque est faite d’acrylonitrile-butadiène-styrène et est modélisée au
moyen d’un modèle élastique et d’un élément de coque de Belytschko-Lin-Tsay.
Le polystyrène étendu et le polyuréthane à cellule ouverte présentent une dépendance aux
effets de vitesse de déformation et sont connus pour créer des instabilités dans les modèles.
Deux type de maillage ont été testés pour les mousses. Le premier, un maillage tétraédrique
présentant un unique point d’intégration. Le second, un maillage "hexaédrique" complètement intégré avec une formulation de réduction sélective de l’intégration. Les deux méthodes
sont comparées quant à leur aptitude à reproduire les résultats de tests de chute expérimentaux. Malheureusement, malgré le bon accord entre les résultats de la simulation et les
données expérimentales, le comportement du polystyrène étendu n’est pas assez rigide que
pour être réaliste. Cela mène à l’observation d’un rapport de compression en volume de 80%,
plutôt que le comportement réel d’être plafonné vers 70%.
Par après, le design assisté par ordinateur et le maillage d’éléments finis ont été construits en prenant en compte les contraintes imposées par la calibration des matériaux. Le
modèle de casque alors obtenu est ensuite comparé aux données expérimentales des tests de
chutes standards ECE R22-05. Malheureusement, les résultats des tests de chute simulés
ne correspondent pas aux résultats de référence. Cela peut être attribué principalement à
l’utilisation d’un matériau élastique pour modéliser la couche externe et à un modèle de
polystyrène étendu qui ne présente pas la bonne rigidité.

Motorcyclist helmet --- Expanded polystyrene --- LS-DYNA --- Casque de moto --- LS-DYNA --- Polystyrène étendu --- Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie aérospatiale

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Dans le monde de la sécurité routière, des crash tests sont fréquemment réalisés contre des barrières de sécurité afin de vérifier le comportement de celles-ci et de les améliorer. Il est également possible de simuler ces derniers au moyen de logiciels éléments finis tels que LS-DYNA,dans le but de réduire le coût de tous ces essais. Ce travail vise in fine à modéliser le plus fidèlement possible le comportement des barrières fabriquées en béton afin de représenter le plus précisément possible la réalité. La difficulté réside dans le fait que le béton se rompt lors de tels essais, ce qui implique de modéliser la partie post-pic correctement. Dans cette optique, plusieurs étapes, faisant intervenir des structures de plus en plus complexes, ont été suivies.Dans un premier temps, des éléments simples ont été testés afin de mettre en évidence les avantages et inconvénients des modèles constitutifs "Karagozian & Case", "Winfrith" et"Continuous Surface Cap Model" présents dans LS-DYNA. Les résultats de cette comparaison ont ensuite permis de choisir le modèle le plus adapté à la réalisation des essais. Il s’agit du "Continuous Surface Cap Model", qui s’avère plus complet,tout en conservant une utilisation plus simple et claire que ces concurrents.La suite du travail s’intéresse aux essais de compression sur éprouvette cylindrique et de flexion sur poutre. Ainsi, ces tests nous ont donné la possibilité d’étudier l’impact de plusieurs paramètres, et en outre de mieux modéliser la rupture du matériaux dans différentes circonstances.Finalement, des simulations de crash tests ont été réalisées. En calibrant du mieux possible les énergies de rupture du matériau, la réalité a pu être approximée un peu plus précisément. In the field of road safety, crash tests are frequently carried out against safety barriers inorder to check their behaviour and improve them. They can also be modelled thanks to finite element software such asLS-DYNA for the purpose of reducing the cost of all these tests.This thesis aims at the end to model as precisely as possible the behaviour of the barriers made up of concrete so that the reality is approximated as accurately as possible. The difficulty lies in the failure of the concrete. Consequently, the post-peak phase must be modelled correctly. For this purpose, several steps involving more and more complex structures were modelled.At first, simple elements were tested in order to find the pros and cons of the constitutive models "Karagozian & Case", "Winfrith" and "Continuous Surface Cap Model" implemented in LS-DYNA. Then, the most adapted to the testing model was chosen : the "Continuous Surface Cap Mo-del", because it is more complete and its use seems to be simpler than its competitors. The following of the thesis focuses on compression tests on cylindrical sample and bending tests on beams. Therefore, the influence of several parameters has been studied. Furthermore the failure of the material in different cases has been analysed. Finally, crash tests simulations were performed. By calibrating as precisely as possible the fracture energies, the results came a little closer to the reality.

LS-DYNA --- Modèle constitutif --- CSCM --- Modélisation --- Barrière --- Béton --- Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie mécanique

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Pour permettre de respecter les dernières mises à jour de la norme EN16303 et d’améliorer
le comportement de ses modèles numériques, GDTech les met à jour en continu. Les
améliorations de ces modèles numériques font régulièrement l’objet de travaux de fin
d’étude. Ces derniers sont particulièrement intéressants au vu de l’étude par éléments
finis qu’ils impliquent.
Le présent travail porte sur la Peugeot 205. Il s’agit d’un véhicule vendu à plus de 5
millions d’exemplaires dans le monde. Elle fut également utilisée lors de nombreux crash-tests.
La masse totale du véhicule avoisinant les 900 kg, elle tombe sous la catégorie de
test TB 11.
Le modèle numérique initialement disponible est celui d’une Geo Metro auquel différentes
modifications ont été apportées au fur et à mesure afin de la faire ressembler davantage
à une 205. Des modifications structurelles ont également été apportées au modèle, entre
autres au niveau du maillage et de la suspension. Ces dernières permettent l’amélioration
du comportement du modèle ainsi que la satisfaction de la norme en vigueur.
Les adaptations apportées lors de ce travail portent essentiellement sur l’essieu avant
du véhicule. Une modélisation complète d’un berceau avant s’intégrant dans le modèle
initial est proposée. On retrouve, également, une modélisation d’un système de direction
à crémaillère dont la géométrie a été motivée par une étude théorique du mécanisme.
L’ensemble des paramètres utilisé lors de la modélisation sont également motivé.
Finalement, la validation du modèle selon la norme EN 16303 a été entamée avec succès.
Un test de la stabilité du modèle a été entrepris ainsi que des tests sur les suspensions.
Pour conclure, le travail délivré permet de proposer une version du modèle numérique
de la Peugeot 205 permettant de mieux respecter les dernières mises à jour de la norme
EN16303.

LS-Dyna --- Système de direction --- Pignon-crémaillère --- Etude éléments finis --- Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie mécanique

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Underwater Explosion (UNDEX) due to terrorism or accidental incident affects the people and structures causing irreparable loss of life and damage to survivability of the structure. These blast loading due to the explosion is challenging both the civilian and military structures. In order to minimize the effect on the structure, we need to understand the mechanics and the response of the structure submitted to blast loading. After a review of existing methods to simulate the response of a steel and composite structure submitted to dynamic pressure waves, the focus will be on the analysis of naval steel and composite structures when they are submitted to the primary shock wave generated from the underwater explosions. Finite element numerical simulations will be carried out to simulate the dynamic response of a non-stiffened immersed cylindrical shell submitted to such pressure loading. The pressure loading on the structure as a kinetic energy, which is transmitted by the shock wave is calculated from the explosion parameters by using analytical formulation. The assessment of the dynamic response and the fluid structure interaction was performed with explicit finite element solver LS-DYNA. Sensitivity analyses of the response to different parameters like shock factor, treatment of the fluid domain, Anisotropy of material will also be performed

LS-DYNA, Steel Cylinder, Composite Structure, Finite element analysis, fluid structure interaction, UNDEX. --- Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie civile