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tiwekacontentpdf_n3801 v1Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––MOUSSES MÉTALLIQUESPPressionI + (impulsion positive)I – (impulsion négative)Déformation (10 -6 )2 8002 4002 0001 6001 200800400Sans protectionAvec panneau mousse alu (1)Avec panneau mousse alu (2)04,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8 6TempsTemps (ms)t 0Figure 10 – Courbe de pression caractéristique d’une explosionFigure 11 – Déformations induites par une explosion sur panneauxavec et sans protection (d’après [12])12Parution : juin 2015 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153Pression (MPa)10864200,75 1 1,25 1,5Z (m.kg -1 )a effet de l’épaisseur de mousse2.4.1 Matériaux employésPression soufflee = 25 mm (a)e = 50 mm (a)e = 75 mm (a)e = 100 mm (a)Figure 12 – Pression transmise derrière le panneau de mousse (d’après [13])On retrouve ici, comme en balistique, des composites de mêmenature qu’évoquée précédemment. Les études menées sur cesmatériaux [12] indiquent de bonnes propriétés d’absorption del’âme en mousse qui limite fortement les déformations. Lafigure 11 montre l’efficacité d’une protection en mousse d’aluminiumde 50 mm d’épaisseur.Les paramètres qui pilotent la pression résiduelle transmise auxstructures protégées par ces sandwichs sont :– l’épaisseur de mousse et sa densité ;– les propriétés de la tôle du sandwich ;– l’existence de multicouches de mousses dans la structure ;dans ce cas il est recommandé [13] de présenter, face à l’ondegénérée par l’explosion, la structure présentant la plus faibledensité.Pression (MPa)121086420Repèresaba + bMassesvolumiques(en g.cm -3 )0,75 1 1,25 1,5Z (m.kg -1 )b effet des masses volumiques de mousse2.4.2 Caractéristiques clésLimiteélastique(en MPa)200 1280 4– –Energie absorbée(en MJ.m -3 )à déformation de20 % 50 % 70 %0,20,820,180,61 1,062,61 40,97 2,06Pression soufflee = 50 mm (a)e = 50 mm (a+b)e = 50 mm (a)Dans le cas d’une explosion, l’énergie transmise à la moussemétallique est généralement mieux répartie que lors de l’impactd’un projectile où elle reste très localisée. La pression liée à l’explosionpeut être considérée, en première approche, comme proportionnelleà la masse de la charge explosive généralement ramenéeen masse équivalente de TNT [13] [14]. Un facteur d’échelle de distanceZ se définit [14] comme un rapport de la masse d’explosif Wet de la distance au centre de la charge R par la relation :Z = R W( 13 // )(5)La figure 12 montre l’amortissement de pression de souffle quepermet la mousse d’aluminium lors d’une explosion. La partie gauchemet en évidence l’effet de l’épaisseur de mousse mise enœuvre, la partie droite montre l’intérêt d’utiliser plusieurs massesvolumiques de mousse.Copyright © - Techniques de l’Ingénieur - Tous droits réservés N3801–7
tiwekacontentpdf_n3801 v1Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153MOUSSES MÉTALLIQUES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Exemple : Pour un facteur d’échelle de Z = 0,75 qui correspond àune charge de TNT de 296 kg à 5 m du centre de la charge, un panneauconstitué d’une épaisseur de 100 mm de mousse de type (a)retransmettra une pression de 3 MPa. Un dimensionnement basiquepermet, pour un cas simple et en première approche, de choisir ladensité relative de la mousse et son épaisseur, de manière à autoriserune pression transmise inférieure à la limite d’élasticité de lamousse métallique.Le dimensionnement est beaucoup plus difficile lorsque de grandesvariations de pressions et d’impulsions sont à prendre encompte. Il est alors possible d’utiliser, suivant les zones, différentesépaisseurs et densités de mousses réparties sur plusieurs couches.La pression transmise choisie est donnée par les pressions maximalesque peuvent subir les éléments à protéger. Le critèred’endommagement correspond à la compression totale de lamousse, soit 70 % environ de l’épaisseur initiale.Des courbes d’iso-endommagements Pression Impulsion (P-I)sont établies, généralement par simulation [13], et permettent,pour une mousse et une épaisseur données, de choisir le matériaule plus adéquat à la situation locale considérée. Un exemple de cetype de courbes, basé sur l’emploi de mousses d’aluminium, estprésenté figure 13.3.1 Conception des moussesLes propriétés mécaniques des panneaux dépendent bien évidemmentdes matériaux qui les composent, d’une part au niveaude l’âme en mousse métallique et, d’autre part, au niveau desdeux tôles externes.Le matériau constitutif le plus répandu pour réaliser l’âme dusandwich est la mousse d’aluminium à pores fermés, généralementissue d’un procédé de moussage. Les tôles externes sont bien souventégalement en alliage d’aluminium, mais peuvent égalementêtre en acier. Si on considère le ratio module d’élasticité sur lecarré de la masse volumique E/r 2 qui, dans les cas de flexion, doitêtre maximal, on constate (tableau 2) que les mousses métalliquespeuvent offrir des caractéristiques intéressantes.Tableau 2 – Caractéristiques comparées entre moussesd’aluminium Cymat et d’autres matériaux(source : Cymat)MatériauMassevolumique(en kg.m –3 )Moduled’élasticité E(en GPa)E/r 23. FlexionAcier 7 800 210 0,35Alliages d’aluminium 2 700 70 1La mousse est généralement utilisée en complément d’un supportplus rigide pour constituer une structure sandwich dont lespropriétés en flexion sont remarquables du fait de l’augmentationdu module de l’élément soumis à la flexion.Alliages de magnésium 1 800 45 1,4Mousses d’aluminium 500 5 2Parution : juin 2015 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153Pression (MPa)282624222018161412108642Massesvolumiques(en g.cm -3 )Limited’élasticité(en MPa)Energie absorbée (en MJ.m -3 )à déformation de20 % 50 % 70 %370 2 0,39 1,36 2,89e = 25 mme = 50 mme = 75 mme = 100 mmLimite d’élasticité00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50Impulsion (MPa.ms)Figure 13 – Courbes d’iso-endommagements (100 % de la mousse) pour différentes épaisseurs (d’après [13])N3801–8Copyright © - Techniques de l’Ingénieur - Tous droits réservés
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