Détermination des coefficients d'élasticité et de rupture d'âmes nids d'abeilles Nomex^® : homogénéisation périodique et simulation numérique

Failure and elastic properties of Nomex^® honeycombs: periodic homogeneization and mechanical simulation

¹ École Centrale de Nantes, Institut de recherche en Génie Civil et Mécanique, GeM, UMR CNRS 6183, 1 rue de la Noë, BP 92101, 44321 Nantes Cedex 3, France
² Marc Lombard Architecture Navale, Le Sextant, rue de la Trinquette, 17000 La Rochelle, France

Reçu : 3 Novembre 2004
Accepté : 2 Juillet 2004

Résumé

Le présent travail concerne la détermination des propriétés mécaniques des âmes nids d'abeilles de forme hexagonale et de leurs versions sur-expansées rectangulaires. Ces âmes en papiers Nomex^® sont présentes sur les voiliers multicoques de courses océaniques entièrement réalisés à partir de sandwichs à peaux de tissus carbones. Les caractéristiques mécaniques élastiques de ces âmes sont déterminées par modélisation tridimensionnelle à partir de la théorie de l'homogénéisation des milieux périodiques mise en œuvre dans le cadre de la méthode des éléments finis. L'étude confirme que les symétries des Volumes Élémentaires Représentatifs (VER) conduisent à des propriétés mécaniques homogénéisées orthotropes. Enfin, l'étude des modes de flambement des VERs permet de déterminer les contraintes ultimes de rupture du matériau homogène équivalent. Les techniques d'homogénéisation périodique développées dans cette étude ont été implantées dans le code de calcul éléments finis Cast3M-CEA. Les propriétés mécaniques et les limites à rupture des âmes en nids d'abeilles sont utilisées pour l'étude du renforcement des structures sandwichs proposées sur les trimarans océaniques de 60 pieds.

Abstract

The present study concern the determination of material properties of the hexagonal and rectangular over-expanded honeycombs. These cores made of Nomex^® paper are extensively used in the sandwich structures with carbon skins of oceanic multihull sailing race boats. The elastic mechanical properties are determined by a three-dimensional model that involves periodic homogenization techniques in the finite element context. The study confirms that the Representative Volume Element (RVE) symmetries lead to orthotropic homogenized mechanical properties. Finally, RVE buckling modes conduct to determine the ultimate stress of the homogenized material. Periodic homogenized techniques developed in this study are implemented in the finite element code Cast3M-CEA. The honeycomb mechanical properties and ultimate stresses are used to model reinforcements that we proposed for 60's foot Oceanic Trimaran structures.