Modélisation thermomécanique d un essai feu sur un assemblage de panneaux sandwiches

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Hervé St-Amand
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1 Modélisation thermomécanique d un essai feu sur un assemblage de panneaux sandwiches B. MERCIER 1, JC. CRAVEUR 1, JP. BOURNOT 1, S. LAIR 2 1 : Institut Supérieur des Matériaux et Mécaniques Avancés du Mans 2 : MAPAC PANEL

2 Sommaire ISMANS MAPAC PANEL Matériaux Modèle thermique Modèle mécanique Etude de sensibilité Corrélation essai-simulation Thermique Thermomécanique 2

3 l ISMANS Ecole d ingénieurs consulaire créée en 1987 (CCI du Mans et de la Sarthe) Membre associé de l UNAM (Université Nantes Angers le Mans) : pôle de recherche et d enseignement supérieur Spécialité de l ISMANS : Simulation numérique 2 Voies d appronfondissement Ingénieur calcul de structure Innovation frugale et re-engineering Mastère Spécialisé «Ingénierie de Sécurité Incendie» Développement de l incendie Evacuation Résistance des structures Laboratoire de recherche : «viabilité des structures en environnement contraint» 3

4 MAPAC PANEL MAPAC fondée en 1988 Activité de MAPAC : conception et production de panneaux sandwiches adaptés aux environnements maritimes et terrestres Conception et production de panneaux pour: Les sols Les plafonds Les murs Les ensembles préfabriqués (cabine navales, construction modulaires ) Quelques références : Navales : STX Europe, DCNS, Abu Dhabi Ship Building Terrestres : Yves Rocher, EDF, Apple, Bouygues Fluviales : CroisiEurope, Meuse et Sambre 4

5 (1) Réglementation feu pour les structures dans le naval : FTP code de l OMI (Fire Test Procedures, Organisation maritime internationale) Essai feu obligatoire pour l obtention du Procès Verbal Protocole d essai devant être conforme au FTP code Critères de la tenue au feu selon : Structure (cloison, plancher ), Nature des matériaux (combustibles, incombustibles) Localisation dans le navire 3 critères : Intégrité structurelle (R) Étanchéité (E) Isolation (I) 5

6 (2) Pour les essais prescrits par le FTP Code de l OMI, conditions limites et chargement imposés en thermique et en mécanique Chargement thermique : Courbe normalisée ISO 834 T θ = T log 8t + 1 6

7 Essai du type B15 sur une cloison : pas de chargement mécanique Critères : E : étanchéité, pas de passage de flammes I : Isolation thermique, seuil de température en face non exposée 7

8 (1) MAPAC : Etude de nouvelles conceptions de jonction de panneaux Structure : panneau sandwich composé de peaux en acier et d une âme en laine de roche Objectifs : Prédire le comportement au feu de l assemblage de panneaux Etudier l influence des paramètres géométriques et des propriétés matérielles des panneaux Aider au dimensionnement des futurs panneaux Grand nombre de paramètres à étudier Comportement fortement non linéaire 8

9 (2) Essai feu : Pas d étude paramétrique possible Pas de plan d expérience Très coûteux Un essai, une configuration possible Intérêt de la simulation numérique : Etudes paramétriques Modélisation de plusieurs essais Exploitation des concepts Coût moindre qu un essai en laboratoire Rapidité d obtention des résultats Evaluation relative des conceptions Pour ce, aucun essai préalable réalisé en laboratoire : pas de recalage possible entre la simulation et les essais 9

10 Les matériaux Matériaux de la structure sandwich Peaux : acier Ame : laine de roche Matériaux «connus» en fonction de la température : Conductivité Chaleur massique Module d élasticité Coefficient de dilatation thermique Limite élastique Courbes d écrouissage Propriétés thermiques et mécaniques des matériaux fortement non linéaires 10

11 Modélisation thermique (1) Analyse thermique 3D transitoire non linéaire Conditions limites imposées par le code FTP de l OMI T c = T log 8t + 1 h f, σε, T f h c, σε, T c 11 T f t T c t

12 Modélisation thermique (2) Résultats de l analyse thermique Panneau seul Assemblage de panneaux 12

13 Modélisation mécanique (1) Analyse thermomécanique 3D transitoire non linéaire Conditions limites imposées par le code FTP de l OMI 13 CL de symétrie Gestion du contact

14 Modélisation mécanique (2) Hypothèse de couplage faible entre la thermique et la mécanique Stratégie de pas de temps automatique en thermique et en mécanique Interpolation des champs et des grandeurs associées lors du passage thermique mécanique Chargement mécanique Essai du type B15 : pas de chargement mécanique autre que la gravité Chargement essentiellement dû aux effets thermiques : dilatation différentielle 14

15 Modélisation mécanique (3) Résultats de la thermomécanique Panneau seul Assemblage de panneaux 15

16 Modélisation mécanique (4) Vidéo de la simulation de l assemblage Vue de la laine de roche uniquement 16 Vue de la section à mi-hauteur de l assemblage (laine de roche)

17 Etude de sensibilité Etude des paramètres : Géométriques : Épaisseurs acier, laine de roche Dimensions des panneaux Dimensions de la jonction Matériels Nuances de l acier Masse volumique de la laine de roche Densité de la laine de roche MAPAC : nouvelle conception intermédiaire réalisée grâce à cette étude (résultat hors cadre du projet) 15% d amélioration sur les performances de l assemblage 17

18 Corrélation essai simulation (1) Thermique 18

19 Corrélation essai simulation (2) Thermique 19

20 Corrélation essai simulation (3) Thermomécanique 20

21 Corrélation essai simulation (4) Thermomécanique 21

22 Mise en place d une méthodologie modélisant l ouverture d un assemblage de panneau Grâce à l approche ISI, meilleure compréhension du comportement de l assemblage des panneaux Par le biais de la simulation numérique, aide à la décision pour améliorer la conception de la structure Comportement au feu réaliste via la simulation numérique Différences entre les mesures et les résultats imputables à : Modélisation de deux panneaux avec une condition de symétrie et non de quatre Des différences de géométrie, de conditions aux limites, de chargement Des hypothèses de comportement réalisées dans les modèles qu il faut valider ou modifier 22

23 MERCI DE VOTRE ATTENTION! 23

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