Thiot Ingénierie a mis à contribution son expertise en physique des chocs pour la qualification de protections du combattant. Le développement de telles protections impose une réduction de la masse tout en améliorant les performances balistiques via des matériaux de plus en plus performants. Le point sur notre méthodologie d’étude…
Quel est le rôle de chacune des couches de protection du combattant ?
Une protection typique du combattant est composée de trois couches de matériaux complémentaires tel qu’illustré sur la figure ci-contre. La première est généralement un matériau céramique (2) qui a pour but de fragmenter le projectile (1) [B]. La seconde est typiquement un matériau composite (3) qui agit comme un filet pour capturer l’ensemble des débris (céramique et projectile) [C]. Enfin, la troisième couche est une mousse anti-trauma (4) permettant de limiter l’impulsion transmise au buste du combattant [D].
Méthodologie d’étude pour reproduire le comportement d’une protection balistique
Notre équipe s’est intéressée à la caractérisation du comportement dynamique de l’ensemble des constituants de ce type de protection. Au programme, une approche mêlant à la fois essais de caractérisation et simulations numériques (avec le logiciel IMPETUS AFEA), avec pour objectif de calibrer des lois de comportements pour chaque matériau.
Les essais de caractérisation de chaque matériau ont été choisis et dimensionnés pour être en accord avec la contribution mécanique de chaque couche et les niveaux de sollicitation qu’elle subit lors d’un impact. Les barres d’Hopkinson ont été utilisées pour identifier le comportement en dynamique aussi bien en compression qu’en cisaillement tandis que des essais d’impact de plaques ont conduit à l’identification du comportement sous choc dans les premiers instants de l’impact.
Des essais balistiques avec des impacteurs simples (bille, cylindre) ont ensuite complété — individuellement pour chaque matériau — cette campagne en vue d’affiner les lois de comportement et de rupture préalablement établies.
Enfin, des essais de validation ont été réalisés avec une balle de 7.62 mm dans la gamme balistique caractéristique sur une cible composée d’un empilement céramique + composite. Une simulation finale a permis de confirmer la bonne restitution de ces essais de validation.
Cette étude est le parfait exemple qu’une démarche alliant à la fois des essais de caractérisation avec une instrumentation spécifique et de la simulation numérique avec un logiciel dédié à la dynamique permet de reproduire le comportement d’une protection balistique complète. Cette démarche peut être répliquée, chez Thiot Ingénierie, sur tous types de matériaux sollicités en dynamique !
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