Analyse expérimentale et modélisation des propriétés de fragmentation
dynamique de céramiques pour blindage à haute performance
CONTEXTE ET OBJECTIFS DE LA THESE
Les blindages bicouches associant une face avant céramique et une face arrière ductile (métallique ou composite)
sont considérés comme les solutions de protection les plus performantes vis-à-vis des projectiles perforants de petits
et moyens calibres à noyau perforant. En effet, de par leur dureté et leur résistance à la compression élevées, les
céramiques sont à l'origine d'une fragmentation du noyau du projectile réduisant fortement son pouvoir perforant.
Cependant, l'onde de choc générée dans la céramique provoque en quelques microsecondes un endommagement
intense caractérisé par l'amorçage et la propagation d'un grand nombre de microfissures orientées. Cette
fragmentation affecte la performance du blindage mais aussi sa capacité à résister à un ou plusieurs impacts
consécutifs.
Dans ce projet, des céramiques pour blindage à haute performance développées par Saint-Gobain seront soumises à
des essais de ténacité dynamique dans le but de caractériser leur résistance à la propagation des fissures. Ces
données expérimentales seront utilisées comme données d'entrée de modélisations numériques mésoscopiques
décrivant les processus de fragmentation dynamique générés dans les céramiques à blindage sous chargement
d’impact. Ces modélisations seront validées à l’aide d’expérimentations d’écaillage par impact de plaques
permettant de caractériser la résistance dynamique en traction sous très haute vitesse de chargement. Ces travaux
permettront de comprendre l’apport de ces matériaux pour les blindages à base de céramique.
MOTS-CLES : Céramique à blindage, Ténacité dynamique, Expérimentation d’impact, Modélisation numérique,
Fragmentation dynamique, Imagerie ultra-rapide, Mesure de champs.
LIEU DE LA THESE : Laboratoire 3SR, Université Grenoble Alpes, Grenoble.
DIRECTEUR DE THESE ET COENCADRANTS : Pr. Pascal FORQUIN (3SR/UGA), Dr. Dominique SALETTI (3SR/UGA), Dr.
Matthieu GRAVELEAU (SG).
Essai de ténacité dynamique Caméra ultra-rapide KIRANA (5 Mfps)
FINANCEMENT DE THESE 2017-2020
CONTACTS
Pr. Pascal FORQUIN
Laboratoire 3SR (Sols, Solides, Structures, Risques), BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, FRANCE
E-mail : [email protected], Tel.: +33 (0)4 76 82 52 48
Page web : https://www.3sr-grenoble.fr/spip.php?article758
Dr. Matthieu GRAVELEAU
Saint-Gobain CREE, 550, avenue Alphonse Jauffret, CS20224 – F 84306 Cavaillon Cedex
E-mail : [email protected], Tel.: +33 (0)4 32 50 09 41
PROFIL DU CANDIDAT
Niveau : Master Recherche ou Ecole d’Ingénieur (Bac +5)
Résultats en master : Moyenne générale supérieure ou égale à 12/20
Disciplines : Mécanique, Matériaux, Génie civil, Aéronautique
Nationalité : Nationalité française ou européenne recommandée
Le candidat doit avoir de très bonnes connaissances en mécanique du solide, comportement mécanique des
matériaux, mécanique de la rupture, modélisation et simulation numérique. Toute connaissance dans le domaine du
comportement dynamique des matériaux, de l’expérimentation dynamique (barres de Hopkinson, essais d’impact),
de la physique des chocs ainsi qu’en techniques de corrélation d’images ou en microscopie et tomographie est
bienvenue. Une expérience dans le domaine de la mécanique expérimentale est appréciée. De plus, un bon niveau à
l’oral et à l’écrit en Anglais est demandé. Le doctorant s’intégrera à l’équipe de recherche Risques et Vulnérabilité du
Laboratoire 3SR où il développera des travaux expérimentaux et numériques. Dans le cadre de la thèse, le doctorant
pourra être amené à effectuer des séjours à Saint-Gobain CREE (Cavaillon).
BOURSE DE THESE
L’étudiant de thèse sera recruté pour une durée de 3 ans et bénéficiera d’une rémunération du niveau des thèses
financées ou cofinancés par la DGA.
REFERENCES
Forquin P., Zinszner J.-L. (2017) A pulse-shaping technique to investigate the behaviour of brittle materials subjected to plate-
impact tests. Phil. Trans. R. Soc. A 20160333. DOI: 10.1098/rsta.2016.0333
� Simulation numérique d’une technique expérimentale d’impact de plaque sans choc
Forquin P., Ando E. (2017) Application of micro-tomography and image analysis to the quantification of fragmentation in
ceramics after impact loading. Phil. Trans. R. Soc. A 20160166. DOI: 10.1098/rsta.2016.0166.
� Reconstruction 3D par microtomographie RX du faciès d’endommagement de cibles céramiques
Zinszner J.-L., Erzar B., Forquin P., Buzaud E. (2015) Dynamic fragmentation of an alumina ceramic subjected to shockless
spalling: an experimental and numerical study. J. Mech. Phys. Solids, 85, 112–127.
� Essais d’écaillage et modélisation du comportement en traction dynamique d’une alumine
Zinszner J.-L., Forquin P., Rossiquet G. (2015) Experimental and numerical analysis of the dynamic fragmentation in a SiC ceramic
under impact, Int. J. Impact Eng., 76, 9-19.
� Etude expérimentale et numérique de la fragmentation dynamique d’un carbure de silicium
Forquin P., Hild F. (2010) A probabilistic damage model of the dynamic fragmentation process in brittle materials. Advances in
Applied Mech. Giessen & Are feds. 44, pp. 1-72. Academic Press, San Diego, CA.
� Modélisation analytique et numérique du processus de fragmentation dynamique
Début de la Thèse : Septembre ou octobre 2017
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