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MOUSSES MÉTALLIQUES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Effet de pic en fonction du
diamètre des précurseurs
Energie absorbée en fonction
du diamètre des précurseurs
Variation de la force avec le
diamètre des précurseurs
100 000
6 000
90
95 000
5 000
80
70
Niveau du pic (N)
90 000
85 000
80 000
Energie (J)
4 000
3 000
2 000
Variations (%)
60
50
40
30
75 000
1 000
20
10
70 000
0
0
5 10 15
5 10 15
5 10 15
Diamètre précurseurs (mm) Diamètre précurseurs (mm) Diamètre précurseurs (mm)
Figure 6 – Incidence de la taille des cellules (source : CTIF mousses Castfoam‚ S-AlSi7Mg-0,70)
Parution : juin 2015 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153
Pour une même densité relative, en respectant la règle d’un minimum
de 7 cellules par côté de l’échantillon, l’augmentation de la
taille des cellules conduit à la figure 6 :
variations plus importantes de la valeur plateau lors de la
compression, pour un matériau de type fragile ;
valeur du pic plus élevée, en début de compression ;
valeur du plateau plus basse.
2.2.6 Caractéristiques clés
L’aluminium est logiquement le matériau le plus souvent utilisé,
du fait de sa relative facilité de mise en forme pour réaliser la
mousse métallique. Des fabricants de mousse de nickel (Integran)
font également état de l’emploi de leurs produits (Nanovate) en
absorption d’énergie. Enfin, l’acier, bien que plus difficile à mettre
en œuvre, est un matériau très intéressant du fait de son comportement
ductile et de sa valeur plateau élevée.
Le tableau 1 récapitule les principales caractéristiques, nécessaires
pour un dimensionnement en crash, de plusieurs mousses
métalliques utilisables. Ces informations sont issues de publications
ou fournies par les fabricants.
Plus généralement, les caractéristiques mécaniques de la mousse
sont données par rapport au matériau constitutif de base et à la
densité relative du matériau. Outre la valeur plateau s p définie précédemment,
on peut retenir [3] pour les valeurs du module d’élasticité
E, du module de cisaillement G et du coefficient de Poisson n :
n
E ≈ α2Es* ( ρ/
ρs)
; (2)
n
G ≈ 38 / * α2G
s* ( ρ/ ρs)
;
(3)
ν ≈ 03 , (4)
où n a une valeur comprise entre 1,8 et 2,2, et a 2 entre 0,1 et 4, ces
valeurs dépendant de la structure de la mousse.
L’utilisation des données est illustrée ci-après par l’exemple du
calcul simplifié pour un tampon de crash qui doit répondre aux
tests de choc (Danner ou Allianz) de l’automobile. Il s’agit ici, pour
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de faibles vitesses, de garantir l’intégrité du châssis du véhicule
lors de l’impact.
Exemple : Soit un véhicule d’une masse m de 1 300 kg qui subit
un impact à une vitesse V de 15 km.h –1 . La force maximum F m doit
être limitée, lors de l’impact, à 150 kN. Le choix s’est porté vers une
mousse d’aluminium de densité relative 0,15 dont la valeur plateau
s pl est de 5 MPa et le taux de déformation de 70 %.
L’énergie à dissiper est :
Ec =½mV 2 soit ½*1 300*(15*1 000/3 600) 2 = 11 285 J.
L’énergie qui sera dissipée par la mousse correspond au travail W
de la force Fm sur la distance de déformation Dl de la mousse avec
W = F*Dl.
Puisque ce travail doit absorber l’énergie Ec, la distance de
mousse déformée doit vérifier :
Dl=Ec/F m soit (11285/150 000) = 0,07525 m,
ce qui implique que la longueur initiale L du tampon soit telle que :
L = Dl/0,7 soit 0,07525/0,7 = 0,1075 m,
soit un tampon de 110 mm de longueur.
Enfin, la valeur plateau permet de déterminer la section S correspondant
à la force F m :
S = F m /s pl soit (150 000/5 000 000) = 0,03 m 2 .
Au final, si on choisit une section carrée, les dimensions du tampon
seront : 173 x 173 x 110 mm.
2.3 Choc balistique
2.3.1 Matériaux employés
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Les mousses métalliques sont utilisées en balistique, généralement
sous forme de composites intégrant des mousses d’aluminium
à pores fermés, de type Alporas ou Cymat. Ces structures
qui sont composées d’une âme en mousse entourée de feuilles
plus résistantes [10], souvent en acier, présentent des possibilités
intéressantes pour les applications pare-balles. Une structure de
ce type permet, à masse égale, des performances supérieures à
celles qu’offre une plaque monolithique.
Dans ce domaine d’application, les mousses métalliques sont
également utilisées comme absorbeur d’énergie cinétique, elles
entrent donc également en compétition avec les structures à base
de nids d’abeille. L’objectif final est de déterminer quelle est la