La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Groupe de recherche: Design and Optimization in Mechanical Modeling of Materials - DO3M Design et Optimisation en Modélisation Mécanique des Matériaux.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Groupe de recherche: Design and Optimization in Mechanical Modeling of Materials - DO3M Design et Optimisation en Modélisation Mécanique des Matériaux."— Transcription de la présentation:

1 Groupe de recherche: Design and Optimization in Mechanical Modeling of Materials - DO3M Design et Optimisation en Modélisation Mécanique des Matériaux RESPONSABLE : AUGUSTIN GAKWAYA Unité de correspondance Département de génie mécanique Pavillon Adrien-Pouliot, local 1314F 1065 Avenue de la Médecine Université Laval, Québec, QC, Canada, G1V 0A6 –Téléphone au bureau : (418) poste 5548 Télécopieur : (418) Courrier électronique : Membre du ou des regroupements de recherche suivant(s): –Centre de recherche sur l'aluminium (REGAL-LAVAL)Centre de recherche sur l'aluminium –Groupe interdisciplinaire de recherche en éléments finis (GIREF)Groupe interdisciplinaire de recherche en éléments finis –*Consortium de recherche et innovation aérospatiales du Québec (CRIAQ) Page Web :

2 Groupe de recherche: Design and Optimization in Mechanical Modeling of Materials - DO3M (Design et Optimisation en Modélisation Mécanique des Matériaux) Research team –ProfessorsProfessors Augustin Gakwaya, Michel Guillot Dennis Nandlall (associé), Nejad Ensan Manouchehr (associé) –Research ProfessionalsResearch Professionals Julie Levesque, Hamid Sharifi –Current StudentsCurrent Students Saint-Marc Jean Charles, Jocelyn Blanchet, Aberkane Mourad, Maxime JutrasJocelyn BlanchetMaxime Jutras Hicham Chaouki, Xavier Elie-Dit-Cosaque, Louis Gauthier, Marie-Anne Lavoie, Mihaita MateiHicham ChaoukiLouis GauthierMarie-Anne LavoieMihaita Matei –Previous Students (40 et +)Previous Students EquipmentsEquipment Moyens de calculs: Noeud de Calcul REGAL HP(16 processeurs); Nœud de calculs (2DualCOre);8 Stations de travail PC Windows ; Accès à des réseaux de calculs de haute performance (64 processeurs et plus), réseau CLUMEQ… Logiciels CAO/EF: Logiciels commerciaux: ABAQUS, LSDYNA, PATRAN, Pro-Engineer, Matlab, Maple Logiciel de recherche: Logiciel SPH pour analyse sans maillage (meshless analysis) pour linteraction fluide structure, EF OO en cours de développement en C++ et FORTRAN90 ; MEFF(élément finis de frontière: contact, interaction fluide structure, vibroacoustique). Équipements expérimentaux (collaboration): –Interne: machine dessai de traction MTS, presses de compactage, dhydroformage; –Externe: canons à gaz (impact doiseaux, impact ballistique), systèmes dacquisition et de traitement de données, etc.

3 Groupe de recherche: Design and Optimization in Mechanical Modeling of Materials - DO3M (Design et Optimisation en Modélisation Mécanique des Matériaux) Current projects –Impact Modeling of aircraft composite structures (CRIAQ)Impact Modeling Objectives Realisations –Modélisation des solides composites soumis aux impacts à grande vitesse (CRSNG) Objectives Students Recruitment –CRIAQ-Tubes Hydroforming of aerospace components(CRIAQ)CRIAQ-Tubes Hydroforming of aerospace components Objectives Students Recruitment –Développement du concept, de la mise en forme et de l'assemblage des composantes et essais d'une remorque plane ultra-légère en aluminium (FQRNT)Développement du concept, de la mise en forme et de l'assemblage des composantes et essais d'une remorque plane ultra-légère en aluminium Recent Past projectsPast projects –Modélisation thermomécanique des solides poreux avec application en conception d'équipements électromécaniques industriels –Simulation thermo-électromécanique appliquée au réchauffement en régime transitoire de cuves d'électrolyse –Optimisation de concepts de protection des occupants de véhicules blindés légers par simulation numérique –Contact Simulation by Finite Element Method in Powder MetallurgyContact Simulation by Finite Element Method in Powder Metallurgy –Active Vibration Control in Aerospace StructuresControl in Aerospace Structures –Développement dÉlément Coque solide H8GAMMA pour une meilleure intégration en CAOH8GAMMA –Metal Forming Process Finite Element Simulation ApplicationMetal Forming Process Finite Element Simulation Application

4 Design and Optimization in Mechanical Modeling of Materials - DO3M (Design et Optimisation en Modélisation Mécanique des Matériaux) Industrial partners CQRDA CRIAQ Bombardier - DeHavilland Précitech Alcan CRNC-IMI ;CRNC-IMI RDDC-Valcartier CNRC-IRA-CTFA Bombardier-Aerospace Pratt & Whitney Bell Helicopter Scientific Partners Université Laval (Faculté des sciences et de génie) (Département de génie mécanique) Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) Université du Québec en Abitibi Témiscaminque University of British Columbia Université de technologie de Compiègne (France)Université de technologie de Compiègne (France) Université des sciences et technologies de Lille 1Université des sciences et technologies de Lille 1 Our partners Other Laboratories REGAL (Regroupement Aluminium) GIREF (Groupe interdisciplinaire de recherche en éléments finis) Groupe Ingénierie Qualité (GIQ) Chaire Industrielle sur le Givrage Atmosphérique des Équipements (CIGELE- UQAC)

5 Projet 1: Modélisation de limpact sur des structures daeronefs en matériaux composites Responsable : Augustin Gakwaya Chercheur(s) actif(s) –Augustin Gakwaya, Sciences et génie, Département de génie mécanique, responsable du projetAugustin Gakwaya –Rajamohan Ganesan, Université Concordia –Nejad Ensan Manouchehr, Conseil national de recherches du Canada, Institut de recherche aerospatial –Dennis Nandlall, Sciences et génie, Département de génie mécanique –James A. Nemes, McGill UniversityMcGill University Buts : airworthiness, passenger safety, survivability, structural performance and integrity, certification Navigabilité, sécurité des passagers, survivabilité, performance et intégrité structurale, certification Objectifs Projets à cout terme (projet CRIAQ en cours fin septembre 2008): développement des lois de comportement des matériaux composites stratifiés en grandes vitesses de déformations lorsque soumis aux crash et aux impacts balistiques; étude et validation balistiques des composites multicouches avec plis renforcés de fibres dans une matrice polymérique pour des composants structuraux primaires et la protection contre les impacts doiseaux ou des composites multicouches tissés sec pour le confinement des débris dans un moteur ou pour la protection de la cabine contre les débris; développement préliminaire dun substitut doiseau à partir de tests balistiques dimpact sur plaque rigide ou flexible; développement dune formulation cohérente danalyse sans maillage de type SPH (smooth particle hydrodynamics) et son implantation dans des codes commerciaux pour les problèmes dimpact doiseaux et dinteraction fluides-structures..

6 Projet 2: Modélisation avancée des solides composites en conception d'équipements soumis aux impacts à grande vitesse Responsable : Augustin Gakwaya Chercheur(s) actif(s) –Augustin Gakwaya, Sciences et génie, Département de génie mécanique, responsable du projetAugustin Gakwaya –Nejad Ensan Manouchehr, Conseil national de recherches du Canada, Institut de recherche aérospatial –Dennis Nandlall,, RDDC-Valcartier, Partenaires : Université Laval, CRSNG, Bombardier, Bell Helicopter, Pratt&Whitney, CNRC/IRA, RDDC-Valcartier, Université des Sciences et technologie de Lille1(France), université McGill, CRIAQ Projets à moyen et long terme: lois de comportement des matériaux non disponibles dans les logiciels EF commerciaux de dynamique rapide comme les polymères thermoplastiques renforcés de fibres et les composites hybrides métal-polymère très sensibles aux grandes vitesses de déformations lorsque soumis aux crash et aux impacts balistiques; formulations numériques avancées pour les problèmes dinteraction fluides-structures et dimpact balistique : – formulation unifiée de lapproche SPH pour les solides et les fluides en interaction fluide structure ; – Formulation avancée mixte éléments finis/méthode SPH pour les problèmes de fragmentation; développement doutils de simulation à grande échelle : décomposition de domaine et calculs parallèles. Projets à plus long terme avec application pour la certification et la navigabilité des aéronefs : développement dune méthodologie de modélisation et simulation de lécrasement dune section dun fuselage dun avion et dune procédure de validation expérimentale sur un prototype réel; développement dun modèle virtuel dun avion/hélicoptère pour fin de mise au point dune méthodologie de simulation dun amerrissage en combinant les outils danalyse développés précédemment

7 Projet 3:« Développement doutils de modélisation de procédés pour la fabrication virtuelle de composantes aéronautiques par hydroformage de tubes » Responsable : Augustin Gakwaya Chercheur(s) actif(s) –Philippe Bocher, École de technologie supérieure –Henri Champliaud, École de technologie supérieure –Augustin Gakwaya, Sciences et génie, Département de génie mécanique, responsable du projetAugustin Gakwaya –Javad Gholipour, Conseil national de recherches du Canada, Institut de recherche aérospatial-CTFA –Michel Guillot, Sciences et génie, Département de génie mécaniqueMichel Guillot –Mohammad Jahazi, Conseil national de recherches du Canada, Institut de recherche aérospatial-CTFA Partenaires : Université Laval, ETS, Bell Helicopter, Pratt&Whitney, CNRC/IRA_CTFA, CRIAQ Objectifs généraux: Scientifiques: (i) Être en mesure de définir rapidement des structures de véhicules optimisées qui soient légères et possèdent une résistance accrue à la fatigue et à lendommagement ; (ii) Développer des outils de calcul prédictif fiables, permettant de modéliser et de simuler un procédé de formage intégré et la durabilité dalliages aéronautiques structuraux, en conditions dutilisation. Technologique: Améliorer ou augmenter la performance et la fiabilité des équipements et des logiciels, grâce à la maîtrise du procédé de fabrication et du comportement des matériaux sous différentes conditions dutilisation.

8 « Développement doutils de modélisation de procédés pour la fabrication virtuelle de composantes aéronautiques par hydroformage de tubes » Description des postes pour personnel de recherche(Recrutement) Professionnel(le) de recherche PhD 1:Simulation adaptative dans un système de fabrication virtuelle par hydroformage de tube. Ph.D. 2:Modélisation des matériaux en simulation et optimisation de lhydroformage en plusieurs étapes (ouvert). Ph.D. 3:Développement du procédé intégré et conception de produits tenant compte des conditions dutilisation. M.Sc. 1:Caractérisation des matériaux et expérimentations visant lidentification des paramètres du procédé. M.Sc. 2:Développement du procédé et étude de la formabilité des alliages aéronautiques(ouvert). M.Sc. 3:Conception et fabrication doutils et déquipements associés à une presse dhydroformage industrielle(ouvert). M.Sc. 4: Conception et fabrication doutils et déquipements, et instrumentation dune presse dhydroformage flexible en développement.

9 CONTENT/PLAN: CRIAQ Project3.1 ( ) Experimental Program Woven Composite under high - Development of Woven Composite Damage Model under high strain rate loading strain rate loading - Ballistics tests : Evaluation of the damage sustained by impacted composite panels - Bird Strike tests for validation of bird substitutes Bird strikes simulation - Application to Sidepost and windshield Impact - Application to Secondary Debris Impact Ballistic Impacts Simulation - Fan Blade Containment Problem The information contained herein, or part thereof, is confidential and/or proprietary to the Industries and/or Universities involved in CRIAQ Project 3.1 entitled Impact Modeling of Composite Aircraft Structures, and shall not be reproduced or disclosed in whole or in part, or used for any purpose whatsoever unless authorized by them in writing.

10 Projet 1:Team members/Membres de léquipe: Back: Claude Boucher (Bombardier Aerospace), Alain Colle (Bell Helicopter), Dennis Nandlall (DRDC-Valcartier), James Nemes (McGill), Manoucher Nejad (NRC-IAR), Geneviève Toussaint (Université Laval), Wassim Arshad & Rajamohan Ganesan (Concordia University), Stephen Caulfeild (Pratt&Whitney Canada), Louis Gauthier (U. Laval), Front : Rana Foroutan (McGill), Augustin Gakwaya (team leader) & Marie-Anne Lavoie (U. Laval)

11 Task.1ab Ballistic impact and fan blade containment composite structure FE fan blade containment concept for metallic fan case Simulation for simple composite structure in LS-DYNA Advanced composite fan case and debris protection Task.2ab Bird strike analysis on composites structures Task.3 High strain rate composite material characterization Bird modelling and impact simulation on metallic structures Development of constitutive model Advanced bird strike simulation on composite components Test development and bulk data analysis FE simulation and material parameters identification Development of crash model Crash simulation of fuselage section Comparative studies Task 4* Crashworthiness simulation Synthesis of results and assessment of methodology Input data from tests Bird strike simulation on simple composite structures Tasks Organization

12 and Scope: Objectifs/Objectives and Scope: Development of a methodology for numerically predicting high velocity impact response of composite structures due to bird strikes and hard body impact (ballistic)Development of a methodology for numerically predicting high velocity impact response of composite structures due to bird strikes and hard body impact (ballistic) Enhancement of current commercial software as viable design tools to predict damage due to bird/ballistic impact and crash conditionsEnhancement of current commercial software as viable design tools to predict damage due to bird/ballistic impact and crash conditions Development of enhanced impact analysis and design techniques for composites airframe structures in order to reduce certification costsDevelopment of enhanced impact analysis and design techniques for composites airframe structures in order to reduce certification costs

13 Objectifs de recherche et applications/Research objectives and applications Objectifs de recherche /Research objectives Development of procedures to measure mechanical properties of selected Development of procedures to measure mechanical properties of selected advanced composites under high velocity impact loading advanced composites under high velocity impact loading Development of appropriate material constitutive laws and failure models Development of appropriate material constitutive laws and failure models Implementation of material and failure models into explicit non linear dynamic Implementation of material and failure models into explicit non linear dynamic FE codes FE codes Validation of FE methodology by simulating laboratory tests and selected full Validation of FE methodology by simulating laboratory tests and selected full scale composite structures scale composite structures Applications industrielles/Industrial applications Development of a methodology for analysis and certification of composite A/C Development of a methodology for analysis and certification of composite A/C components subjected to bird impact components subjected to bird impact Development of composite structures design and analysis methodology for Development of composite structures design and analysis methodology for engine fragment containment and fuselage debris protection engine fragment containment and fuselage debris protection Enhancement of computational tools as viable design tools to predict damage Enhancement of computational tools as viable design tools to predict damage due to bird/ballistic impact and crash conditions due to bird/ballistic impact and crash conditions

14 Objectifs de recherche Programme expérimental/experimental program: Programme expérimental/experimental program: Development of constitutive models to predict the response of selected woven composites materials under high impact loadingsDevelopment of constitutive models to predict the response of selected woven composites materials under high impact loadings Development of a methodology to determine material and damage parameters of the constitutive model (coupon test)Development of a methodology to determine material and damage parameters of the constitutive model (coupon test) Implementation of the material model into explicit non linear dynamic FE codes (UMAT/VUMAT) and simulation of high velocity impact testsImplementation of the material model into explicit non linear dynamic FE codes (UMAT/VUMAT) and simulation of high velocity impact tests Ballistic tests for validation of the material model using full scale composite structures Ballistic tests for validation of the material model using full scale composite structures Bird tests to validate bird substitute modelBird tests to validate bird substitute model

15 Experimental Considerations: material modelling Uniaxial tensile testsUniaxial tensile tests –Low strain-rate: Hydraulic MTS testing machine –High strain-rate: Hopkinson pressure bar setup Biased extension shear testsBiased extension shear tests Delamination TestsDelamination Tests –Inter-laminar fracture testing Ballistic impact testsBallistic impact tests

16 Principles of Tensile Testing Split Hopkinson pressure bar technique

17 for Woven Composite ( McGill University ) Experimental program: development of Damage Model for Woven Composite ( McGill University ) Normal (left) and shear (right) direction - static and dynamic test and numerical results Material is carbon prepreg epoxy composite with 6 plies The information contained herein, or part thereof, is confidential and/or proprietary to the Industries and/or Universities involved in CRIAQ Project 3.1 entitled Impact Modeling of Composite Aircraft Structures, and shall not be reproduced or disclosed in whole or in part, or used for any purpose whatsoever unless authorized by them in writing.

18 Experimental Program Evaluation of the ballistic resistance of woven composite panels

19 Experimental program: Ballistic test results, ELVS From: Arsenault (2007)

20 Experimental Program Evaluation of the damage sustained by impacted composite panels

21 Bird Test Experimental Set Up Objective: validation of used bird model derived from Wilbeck data

22 Bird impact simulation using SPH approach Impact on composite side post beam Secondary debris impact simulation Click on the picture to animate

23 Bird tests and numerical bird impact modeling Bird tests : recorded deformation configuration of a 1kg gelatine bird travelling at 90 knots and hitting a rigid plate (projectile and numerical model on the right); The pressure created when impacting on a rigid plate was also recorded to keep track of the energy transferred to the target.

24 Bird tests and models The increase in diameter of deformed bird (top figure) and deceleration of the projectile (bottom figure) of the numerical models correlated very well with the test; Arbritrary Lagrangian- Eulerian (ALE) and Smoothed Particles Hydrodynamics (SPH) methods were used.

25 APPLICATION: Bird strike simulation on wing leading edge (arbitrary lagrangian-eulerian model)

26 APPLICATION: bird impact on side post and windshield (parebrise) Models for: Central & Side post and Windshield 1 kg bird model Impact at a velocity of 150 knots. Numerical results for sidepost, central post and windshield deformations are shown. (correlation with tests is excellent: not shown) The information contained herein, or part thereof, is confidential and/or proprietary to the Industries and/or Universities involved in CRIAQ Project 3.1 entitled Impact Modeling of Composite Aircraft Structures, and shall not be reproduced or disclosed in whole or in part, or used for any purpose whatsoever unless authorized by them in writing.

27 Application to sidepost impact Windshield sidepost of a helicopter was modelled using composite material. A 1 kg bird impacted it at a velocity of 150 knots. Numerical model and final deformations of the sidepost are shown. The information contained herein, or part thereof, is confidential and/or proprietary to the Industries and/or Universities involved in CRIAQ Project 3.1 entitled Impact Modeling of Composite Aircraft Structures, and shall not be reproduced or disclosed in whole or in part, or used for any purpose whatsoever unless authorized by them in writing.

28 APPLICATION: Primary bird impact and secondary debris analysis using SPH method A bird model was used to investigate the amount of bird debris deflected from the initial impact on the leading edge of engine pylon onto the engine casing to determine if the amount of secondary debris was damaging to the engine cowling. Bird Strike Here. Bird M = 1.82 kg Bird V = 350 knots

29 ENGINE FUSELAGE PYLON BIRD Pylon LE Has 31 Degree Sweepback What is the approximate mass and velocity of the bird debris that impacts the engine cowl (composite sandwich structure ) PROBLEM ILLUSTRATION

30 Effects of secondary debris by SPH

31 APPLICATION: Fan blade containment problem: model development Figure 4: Modèle réel Figure 5: Modèle réel simplifié

32 Fan blade containment: metallic fan case Click on the picture to animate

33 Fan blade containment problem Cas de con confinement pour un caisson hybride metal-composite tissé sec (étude théorique: 1couche métallique et 2 couches de Kevlar 129)

34 : CONCLUSION: Improvements of tools used to design aircrafts that needs to be certified for bird impact and limit the costs associated with certification have been performed Training of highly qualified personnel: 1 Postdoctoral fellow, 4PhDs, 1MASc, 2 senior undergraduate students have been trained in the course of the project Technology transfer to industrial partners Development of enhanced impact analysis and design techniques for composites airframe structures

35 Future Works Large scale simulation: multiscale/multiphysics –local-global multilayered composite fabric shell element Crash simulation of fuselage section ADVANCED DESIGN SYSTEMS AND TOOLS FOR Airworthiness requirements and certification problems Aircraft Hard landing Aircraft Ditching simulation(Fluid Structure interaction)

36 Modélisation des structures composites Développement de nouveaux éléments coques-solides pour ABAQUS et LSDYNA Propagation de dommage dimpact Résistance résiduelle après impact de panneaux composites

37 Dynamique Non Linéaire Modélisation multi-physique et multi- échelles (micro-meso-macro) Étude des instabilités, meshless analysis et couplage EF –SPH(smooth particle hydrodynamics), fagmentation Détermination de lois de comportement pour des matériaux amortissants

38


Télécharger ppt "Groupe de recherche: Design and Optimization in Mechanical Modeling of Materials - DO3M Design et Optimisation en Modélisation Mécanique des Matériaux."

Présentations similaires


Annonces Google