Développement d'outils numériques et expérimentaux pour le dimensionnement de pyromécanismes utilisés en sécurité automobile

Sous la direction de Ivan Iordanoff, Jean-Luc Charles, Philippe Viot
Thèse soutenue le 04 juin 2010: Bordeaux 1
De part sa nature multi-physique, un pyromécanisme est un système complexe à modéliser et sa simulation nécessite la mise en oeuvre de plusieurs ressources de calcul spécifiques couplées. Le but de ce travail est de fournir un outil numérique capable de modéliser un pyromécanisme et de simuler son fonctionnement en intégrant les interfaces nécessaires au pilotage des différentes ressources de calcul. La faisabilité d'un tel outil est illustrée pour un pyromécanisme spécifique : l'enrouleur pyrotechnique de ceinture. La conception de l'outil numérique proposé est basée sur l'approche Orienté Objet (OO) pour modéliser la structure technologique du pyromécanisme et l'interfaçage avec les ressources de calcul externes. Le modèle OO technologique est construit par héritage des modèles Core Product Model (CPM) et Open Assembly Model (OAM) développés au NIST (National Institute of Standards and Technology). Grâce aux modèles CPM-OAM, un système mécanique peut être décrit comme une hiérarchie d'assemblages et de pièces, reliés par des liaisons cinématiques. La simulation complète du pyromécanisme enrouleur de ceinture requiert des ressources de calcul spécifiques : Un module simulant le fonctionnement du générateur de gaz de l'enrouleur a été développé, implémenté sous Scilab. Ce module calcule la pression exercée par le générateur de gaz sur la chaîne cinématique chargée de transmettre le mouvement jusqu'à la bobine enroulant la ceinture. L'une d'une bibliothèque C++ de calcul dynamique de solides rigides existante, Chrono::Engine, permet la simulation de la chaîne cinématique soumise à cette pression. L'outil numérique fournit l'ensemble des paramètres nécessaires aux ressources de calcul et pilote la co-simulation entre ces ressources (programme Scilab de combustion et calcul mécanique Chrono::Engine). L'identification des paramètres des modèles mis en oeuvre nécessite de caractériser expérimentalement le comportement des sous-systèmes, comme le générateur de gaz, et des composants déformables (barre de torsion intégrée dans la chaîne cinématique et ceinture de sécurité). Des dispos tifs d'essais conçus spécifiquement permettent l'identification le comportement de ces composants, soumis à des sollicitations dynamiques. La validation du démonstrateur réalisé en C++ est basée sur la comparaison des résultats des simulations avec les résultats d'essais expérimentaux du système entier l'enrouleur de ceinture.
-Orienté Objet
-Modélisation
-C++
-Pyromécanisme
-Enrouleur de ceinture
-Co-simulation
-Chrono Engine
-Essais dynamiques
-Générateur de gaz
-Barre de torsion
-Comportement élasto-plastique
The simulation of a pyromechanism is a complex task because of its multi-physics intrinsic nature. Consequently, various computing resources are needed to simulate each physical aspect. The goal of this project is to provide a numerical tool able to model a pyromechanism and to interface the different computing resources in order to simulate an equipment. Feasibility of such a tool is illustrated with a specific pyromechanism : pyrotechnic belt retractor. The design of the numerical tool is based on an Object Oriented Approach (OOA) to model both the technological aspects of the pyromechanism and the interfaces with computing resources. The technological OO model is based on “Core Product Model” (CPM) and on “Open Assembly Model” (OAM) of the NIST (National Institute of Standards and Technology). Thanks to CPM-OAM model, any mechanism can be described as a hierarchy of assemblies and parts, linked by associations (connections, kinematic link,...). The full simulation of the pyromechanism requires external computing resources: - a model for simulating a gas generator implemented under Scilab. It computes the pressure produced by the gas generator, coupled with displacement of the mechanical load. - a C++ library for mechanical simulation of rigid bodies : ChronoEngine the response of the mechanical system computed kinematic response under pressure from gas generator. The resulting software provides all parameters needed by these external computing resources and drives the ballistic and mechanical co-simulation. Parameter identifications of models ask for experimental characterization of sub-system, as gas generator and deformable part (torsion bar and safety belt). Experimental devices has been developed for identifying behavioral law under dynamic load. Validation of demonstrator, written in C++, is based on comparison between simulation results and experimental results of the pyrotechnic retractor.
Source: http://www.theses.fr/2010BOR14035/document