EP3642742A1 - Procédé non destructive de validation qu'un vitrage résiste à un impact - Google Patents

Procédé non destructive de validation qu'un vitrage résiste à un impact

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Publication number
EP3642742A1
EP3642742A1 EP18733518.7A EP18733518A EP3642742A1 EP 3642742 A1 EP3642742 A1 EP 3642742A1 EP 18733518 A EP18733518 A EP 18733518A EP 3642742 A1 EP3642742 A1 EP 3642742A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
glazing
glass sheet
impact
glass
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18733518.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Charles SAUVESTY
Carole FREDY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP3642742A1 publication Critical patent/EP3642742A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J1/00—Windows; Windscreens; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/14—Windows; Doors; Hatch covers or access panels; Surrounding frame structures; Canopies; Windscreens accessories therefor, e.g. pressure sensors, water deflectors, hinges, seals, handles, latches, windscreen wipers
    • G—PHYSICS
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    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Definitions

  • the present invention relates to a non-destructive method of validating that a glazing installed in a structure resists a dynamic impact, such as a bird impact for an aircraft glazing.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a glazing so that it withstands a dynamic impact.
  • the term “glazing” means a structure comprising at least one glass sheet.
  • laminated glazing means a glazing structure comprising a stack of at least one glass sheet and a polymeric interlayer, including a stack of a single sheet of glass and a single polymeric interlayer assembled between them.
  • a glass sheet is a rigid transparent substrate, which may be made of mineral glass or organic glass.
  • a polymeric interlayer is a spacer sheet based on a polymeric material, in particular thermoformable or pressure sensitive, that is to say the type of sheet that is used as interlayer in laminated glazing. It may be a monolithic interlayer or a composite interlayer constituted by the assembly of several polymeric elements in the form of layers, resins or films.
  • the invention intends to remedy more particularly by proposing a non-destructive method of validation that a glazing unit installed in a structure resists a dynamic impact, and a method of manufacturing a glazing guaranteeing obtaining a glazing optimized in terms of mass, cost and impact resistance.
  • the subject of the invention is a non-destructive method for validating that a glazing installed in a structure resists a dynamic impact, such as a bird impact for a glazing installed in an aircraft, the glazing comprising at least one glass sheet, characterized in that it comprises steps in which:
  • the envelope of maximum stress on at least one critical glass sheet of the glazing unit preferably the maximum stress envelope is calculated on each glass sheet of the glazing
  • the maximum stress envelope is compared with the breaking stress of the glass sheet obtained according to an experimental method for determining the breaking stress of a selected glass sheet according to the type of impact, in particular it is verified whether the maximum stress envelope is strictly less than the breaking stress.
  • the method is a non-destructive method for validating that a laminated glazing installed in a structure resists a dynamic impact, the laminated glazing comprising a stack of at least one glass sheet and a polymeric interlayer the process comprising steps wherein:
  • the maximum stress envelope is calculated on at least one critical glass sheet of the laminated glazing unit (preferably the envelope of maximum stress on each sheet of glass of the laminated glazing); for at least the critical glass sheet of the laminated glazing (preferably for each glass sheet of the laminated glazing), the maximum stress envelope is compared with the breaking stress of the glass sheet obtained according to an experimental determination method. the breaking stress of a selected glass sheet depending on the type of impact, in particular whether the maximum stress envelope is strictly less than the breaking stress.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a glazing so that it withstands a dynamic impact when it is installed in a structure, such as an impact to the bird for a glazing installed in an aircraft, the glazing comprising at least one glass sheet, characterized in that it comprises steps in which:
  • the envelope of maximum stress on at least one critical glass sheet of the glazing unit preferably the maximum stress envelope is calculated on each glass sheet of the glazing, as a function of the dimensions of the glazing unit;
  • the characteristics of the glazing are adjusted among its dimensions, the constituent material of each glass sheet, so that the maximum stress envelope calculated for at least the critical glass sheet of the glazing (preferably for each glass sheet of glazing) is strictly lower than the breaking stress of the glass sheet obtained according to an experimental method for determining the breaking stress of a glass sheet selected according to the type of impact, while having an optimized dimensioning of the glazing ;
  • each glass sheet of the glazing unit is prepared and assembled with the adjusted characteristics.
  • the method is a method of manufacturing a laminated glazing so that it resists a dynamic impact when installed in a structure, the laminated glazing comprising a stack of at least one sheet of glass and a polymeric interlayer, the process comprising steps in which: ⁇
  • the maximum stress envelope is calculated on at least one critical glass sheet of the laminated glazing unit (preferably the envelope of maximum stress on each glass sheet of the laminated glazing), as a function of the dimensions of the laminated glazing unit;
  • the characteristics of the laminated glazing are adjusted among its dimensions, the constituent material of each glass sheet, the constituent material of each polymeric interlayer, the nature of each interface between a glass sheet and a polymeric interlayer, so that the maximum stress envelope calculated for at least the critical glass sheet of the laminated glazing (preferably for each glass sheet of the laminated glazing) is strictly less than the breaking stress of the glass sheet obtained according to an experimental method for determining the breaking stress of a selected glass sheet depending on the type of impact, while having an optimized dimensioning of the laminated glazing;
  • each sheet of glass and each polymeric interlayer of the laminated glazing is prepared and assembled with the adjusted characteristics.
  • critical glass sheet means a glass sheet of the glazing which is known to be most likely to break during the dynamic impact, for example because of its thickness, its constituent material, its positioning vis-à-vis the impactor, etc.
  • the invention can then be implemented by calculating the maximum stress envelope on this critical glass sheet only. However, in a preferred embodiment of the invention, the maximum stress envelope is calculated on each glass sheet of the glazing.
  • the term "dimensions of the glazing” not only its peripheral dimensions, for example in the case of a rectangular glazing, its width and length, but also the thicknesses of his or her glass sheets and , in the case of a laminated glazing, its or its component polymeric interleaves.
  • the term “sizing Optimized glazing” having a thickness of glass and optionally a polymeric interlayer thickness in the glazing adjusted to minimize the mass and / or the cost of the glazing.
  • the or each glass sheet of the glazing may be a mineral glass sheet, in particular an oxide glass such as a silicate, borate, sulfate, phosphate, or other.
  • oxide glass such as a silicate, borate, sulfate, phosphate, or other.
  • Each glass sheet of the glass which is made of mineral glass is advantageously reinforced, in particular by a thermal quenching process or by an ion exchange process also called "chemical quenching".
  • the methods of thermal quenching and chemical quenching make it possible to increase the impact resistance of the mineral glass sheets by creating a superficial zone in compression and a central zone in tension.
  • the superficial substitution of an ion of the glass sheet usually an alkaline ion such as sodium or lithium
  • a larger ionic ion ion usually an alkaline ion, such as potassium or sodium
  • a depth corresponds, in a cross section, to a distance between a point considered and a surface of the glass sheet, measured according to a normal to said surface.
  • the stresses are parallel to the surface of the glass sheet, and are thickness constraints, in the sense that, with the exception of the edge zones, the average of the stresses over the entire thickness of the glass sheet is zero.
  • the compressive surface stresses are indeed balanced by the presence of a central zone in tension. There is therefore a certain depth at which the transition between compression and tension occurs, this depth being called “depth of compression P" in the rest of the text.
  • the or each glass sheet of the glazing may also be an organic glass sheet containing one or more high molecular weight organic polymer substances, for example polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate ( PMMA).
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the or each polymeric interlayer of the laminated glazing unit may be a thermoformable or pressure-sensitive sheet, especially based on polyvinyl butyral (PVB), polyurethane 6
  • PU ethylene-vinyl acetate
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PVC polyvinyl chloride
  • a dynamic impact is considered between a glazing unit and an impactor, where the relative speed between the glazing unit and the impactor is between 15 m / s and 1500 m / s.
  • the impactor may be of a varied nature, in particular the impactor may be a hard element such as a steel ball, a paved projectile, a ballistic projectile, or the impactor may be a soft element such as a bird. It can also be a fluid-type impactor, for example a gas under pressure in the case of a glazing subject to an explosive impact, or a volume of water sprayed in the case of a glazing subject to an impact with a package of water, especially for marine applications.
  • a fluid-type impactor for example a gas under pressure in the case of a glazing subject to an explosive impact, or a volume of water sprayed in the case of a glazing subject to an impact with a package of water, especially for marine applications.
  • the impactor is a chicken weighing 0.5 kg to 2 kg and the relative speed between the glazing and the impactor is included between 50 m / s and 200 m / s;
  • an impact to the glass bottle, used to test train glazings where the impactor is a glass bottle and the relative speed between the glazing unit and the impactor is between 25 m / s and 180 m / s;
  • a gravel type impact used to test train glazings, where the impactor is a 20 g aluminum element having a pointed head and the relative speed between the glazing unit and the impactor is between 25 m / s and 150 m / s;
  • an impact to hailstones used to test aircraft glazing (aircraft, helicopters), where the impactor is a set of cotton and frozen water of predefined diameter (10 mm, 12.7 mm, 25.4 mm 50.8 mm) and the relative speed between the glazing unit and the impactor is between 40 m / s and 260 m / s; a ballistic impact, used to test armored vehicle windows, where the impactor is a ballistic projectile that can be of different shapes and sizes, and the relative speed between the glazing unit and the impactor is between 350 m / s and 1000 m / s.
  • the finite element numerical model is obtained by performing a mesh of geometric models of the impactor, on the one hand, and the glazing with the surrounding elements that hold it in position in the structure, on the other hand.
  • CAD computer-assisted design
  • CAD computer-aided design
  • the mesh of the geometric models of the impactor and the glazing with its surrounding elements, as well as the calculation of the envelope of maximum stress on each sheet of glass of the glazing are made using a software finite element analysis, such as ABAQUS, ANSYS, RADIOSS software.
  • the properties of the materials of the impactor, the glazing and its surrounding elements are provided as input to the finite element calculation over at least the characteristic frequency and temperature ranges of the 'impact.
  • the characteristics of the dynamic impact in particular the location and the angle of impact of the impactor on the glazing, the relative speed, are provided as input for the finite element calculation. between the glazing and the impactor, the mass of the impactor, the temperature of each component.
  • a method according to the invention comprises:
  • the injection into the finite element numerical model of the characteristics of the dynamic impact in particular the location and the angle of impact of the impactor on the glazing, the relative speed between the glazing and the impactor, the mass the impactor, the temperature of each component,
  • An important step of the invention is the selection of an experimental method for determining the breaking stress of a glass sheet corresponding to the type of impact, that is to say in which the impactor solicits the sheet similar to what happens during the real impact.
  • the method selected must be representative of the type of stressing of the critical defects present in the glass sheet, which may depend in particular on the composition of the glass, the type of treatment applied to the glass (thermal quenching, chemical quenching, etc.). , the type of impactor, the speed of impact.
  • the method selected will not be the same for an aircraft glazing subjected to a bird impact, for a glazing of a train subjected to an impact pavement, or for a glazing automobile subjected to an impact ballistic.
  • Examples of experimental methods for determining the breaking stress of a glass sheet include but are not limited to: an impact test at the chute tower; ring bending test on tripod without indentation; ring bending test on tripod after indentation.
  • a rigid impactor which is a steel ball
  • the steel ball is positioned at different heights until the test piece breaks.
  • a finite element numerical model of the test is realized, by modeling the strain gauges in the numerical model.
  • the deformations in dynamics are recorded thanks to the strain gauges in order to validate the numerical model, which makes it possible to determine the stress at the departure of breakage, which corresponds to the breaking stress of the glass sheet.
  • two strain gauges are used for each test, which allows to see the centering of the ball vis-à-vis the center of the test piece.
  • the glass sheet is dynamically stressed, which is analogous to what happens during a bird strike, an impact to the UlC projectile. , a ballistic impact for example.
  • the glazing is a glazing intended to be installed in an aircraft, the impact is an impact on the bird and the method selected to determine the breaking stress of the glass sheet is an impact test at the fall tower ,
  • the glazing is a glazing intended to be installed in a train
  • the impact is an impact to the UlC projectile
  • the method selected to determine the breaking stress of the glass sheet is an impact test at the fall tower
  • the glazing is a glazing intended to be installed in a motor vehicle, the impact is a ballistic impact and the method selected to determine the breaking stress of the glass sheet is an impact test at the tower of fall.
  • the tripod ring bending test is carried out, for example, using an Instron 5567 machine, adjusted with a traverse speed of 2 mm / min, instrumented with a force sensor. of 10 kN, a 10 mm diameter ring with a torus 1 mm in radius, fixed at the end of the Instron machine, and a base on which are glued three balls of radius 5 mm, arranged at 120 ° on a circle 20 mm in radius and whose center coincides with the center of the ring. The test piece is placed between these three balls and the ring. An increasing force is then applied to the ring until the test piece breaks. Only test specimens whose fracture origin is below the ring are counted. The breaking stress as a function of the breaking force and the thickness of the test piece is given by the following formula, the result being taken as the average of five tests:
  • the bending test is carried out as before, except that the specimens were previously subjected to indentation, performed on the opposite side to the adhesive film with the aid of weight placed over a Vickers tip.
  • each test piece is positioned under the tip so that the indentation is made in the middle of the test piece, to within 1 mm.
  • the descent of the tip on the test piece is carried out for example using an Instron machine equipped with a force sensor of 5 kN. In the initial position, the tip is placed between 2 and 5 mm above the test piece. Then the tip is approached from the glass at a speed of 10 mm / min.
  • the force applied by the machine becomes zero and only the weights placed on the tip cause the indentation of the glass.
  • the indentation lasts 20 seconds, then the tip is raised by the machine.
  • the glass is then stored for at least 12 hours to stabilize crack propagation. In case of breakage after indentation but before the flexural test, the flexural breaking stress is declared null.
  • the test piece is then placed between the three balls and the ring in such a way that the indentation mark is aligned with the center of the ring, to within 1 mm.
  • the evolution of the fracture probability as a function of the stress obtained by the fall tower impact test or the tripod ring bend test after or without indentation may depend on the volume of the test piece tested. Indeed, the mechanical strength of the mineral glass sheet is fixed by the most important defect in the area requested. In By changing the stress conditions or by taking a larger specimen, there is a greater probability of encountering a larger defect. To take this phenomenon into account, we then use a statistical method based on the Weibull model.
  • the inventors have demonstrated that, for a sheet of mineral glass reinforced by chemical quenching such as those used in aircraft glazing, the test of ring bending on tripod after indentation makes it possible to overcome the appearance statistics of glass breakage if a suitable depth of indentation is chosen.
  • the depth of indentation is chosen greater than the largest defect size of the glass, in order to create a larger defect than the intrinsic defects of the glass, and less than the depth of compression P resulting from the chemical quenching, so to have a measured breaking stress which remains representative of the breaking stress of reinforced glass, with little dispersion.
  • the indentation tripod ring bending test is well representative of the stresses of the critical defects of the glass generated during a dynamic impact, such as an impact to the bird, an impact to the UIC projectile, an impact ballistics, etc.
  • a larger defect is created than the intrinsic defects of the glass, there is no longer a problem of scaling for the probability of failure.
  • the glazing comprises at least one mineral glass sheet reinforced by chemical quenching and the method selected for determining the breaking stress of the glass sheet is a ring bending test on tripod after indentation.
  • the depth of indentation is chosen greater than the largest defect size of the glass and less than the compression depth P resulting from the chemical quenching.
  • the depth of indentation is of the order of 5 to 25 ⁇ for a compression depth P of the order of 200 to 250 ⁇ .
  • the value of the breaking stress, to which the maximum stress envelope on the glass sheet will be compared may for example be chosen as being the stress value at 10% of rupture probability on the graph of evolution of the probability of rupture as a function of the stress. It is also possible to add a factor X (X> 1), considering that the test of ring bending on tripod after indentation is too conservative, since a defect is added. The value of this factor X is chosen in relation to the experiment and the observations made on destructive tests.
  • the glazing is a laminated aircraft glazing consisting of a stack of three sheets of glass and two polymeric interleaves interposed between the glass sheets.
  • a three-ply structure of glass is a conventional structure of front glazing, lateral front or rear side of aircraft.
  • an example of a conventional structure for laminated aircraft glazing is the following stack: mineral glass (3 mm) / PU (5.3 mm) / mineral glass (8 mm) / PVB (2 mm) / glass mineral (8 mm).
  • the glazing is a laminated helicopter glazing consisting of a stack comprising at least one glass sheet and a polymeric interlayer.
  • an example of a conventional structure for a laminated helicopter glazing is the following stack: mineral glass (0.7 mm) / PU (2.5 mm) /
  • PMMA (7 mm), or a stack of a single sheet of glass and a single composite polymeric interlayer: mineral glass (3 mm) / PU (3.56 mm) + PET
  • the constitutive law of the constituent material of each polymeric interlayer of the laminated glazing is a viscoelastic model determined from DMA measurements (dynamic mechanical analysis or "Dynamic Mechanical Analysis "). DMA is used to characterize the response of a material in temperature and frequency, applying small cyclic deformations. In practice, from DMA results on a sample of the polymeric interlayer, the shear properties of the interlayer material are studied by establishing:
  • the evolution curve of the conservation module G 'of the material as a function of the frequency for different temperatures in particular the frequency is between 5 Hz and 285 Hz and the temperature is between -60 ° C. and + 60 ° C.,
  • the evolution curve of the loss modulus G "of the material as a function of the frequency for different temperatures in particular the frequency is between 5 Hz and 285 Hz and the temperature is between -60 ° C. and + 60 ° C.
  • a master curve is constructed for the conservation modules G' and loss G" on at least the characteristic frequency and temperature ranges of the impact, using for example the law of equivalence frequency / temperature established by the method WLF (Williams-Landel-Ferry).
  • G 0 the instantaneous module (high frequency or low temperature), g k relative modules, r k relaxation times.
  • Another object of the invention is glazing obtained by the manufacturing method as described above so as to withstand a given dynamic impact when installed in a given structure. ⁇ ⁇
  • At least a portion of the non-destructive method validation steps that a glazing installed in a structure withstands a dynamic impact as described above, or the method of manufacturing a glazing so that it resists to a dynamic impact when installed in a structure as described above, are determined by computer program instructions.
  • the subject of the invention is also a computer program on a recording medium, this program being capable of being implemented in a terminal, or more generally in a computer, this program comprising instructions adapted to the implementation of all or part of the steps of a method as described above.
  • This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form.
  • the invention also relates to a computer readable recording medium, and comprising instructions of a computer program as mentioned above.
  • the recording medium may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a read-only memory, a rewritable non-volatile memory, for example a USB key, an SD card, an EEPROM, or a magnetic recording means, for example a Hard disk.
  • the recording medium may also be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method.
  • the recording medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • the invention also relates to a terminal comprising a processing module configured for:
  • the terminal processing module is also configured to:
  • the processing module of the terminal according to the invention comprises a computer program as mentioned above, this program being recorded on a recording medium according to the invention and consisting of a rewritable non-volatile memory of the terminal, the program instructions being interpretable by a processor of the terminal.
  • the terminal, the computer program and the recording medium have, according to the invention, the same characteristics as the method according to the invention.
  • the invention can be implemented with any type of terminal, for example a laptop or not.
  • the subject of the invention is a finite element analysis validation system that a glazing installed in a structure resists a dynamic impact, where the glazing comprises at least one glass sheet, the system comprising: ⁇
  • a graphical interface configured to display an impactor model and glazing model with its surrounding elements, provide input data for finite element analysis and display finite element analysis results;
  • an impact modeling module in particular to define the location and the angle of impact of the impactor on the glazing, the relative speed between the glazing unit and the impactor, the mass of the impactor, the temperature each component;
  • a processing module to prepare the finite element numerical model of the glazing installed in the structure and subjected to the impact, to perform the finite element analysis, and to calculate the maximum stress envelope on each glass sheet of the glazing unit .
  • the processing module uses the data defined in the material modeling module and in the impact modeling module.
  • FIG. 1 is a schematic front view of an aircraft cockpit having several laminated glass or "windows”, respectively in front position 1 (F), lateral front 1 (FL) and rear side 1 (BL);
  • FIG. 2 is a partial schematic cross section of a rear side laminated glazing unit 1 (BL) of an airplane and its surrounding elements when it is installed in the structure of an airplane cockpit, the laminated glazing consisting of a stack of three sheets of glass and two polymeric interleaves interposed between the glass sheets;
  • BL rear side laminated glazing unit 1
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the successive steps of a method according to the invention, implemented to evaluate whether the laminated glazing of Figure 2 installed in the structure of the aircraft resists impact to the bird;
  • FIG. 4 is a mesh assembly intended to be used in a finite element numerical model made from DAO models of a bird and the laminated glazing unit of FIG. 2 with its surrounding elements, during an impact of the bird in the center of the laminated glazing;
  • FIG. 5 is a graph showing the identification (or "fitting") of a Prony series on the master curve of the conservation module G '(f), obtained according to the invention for the PU polymeric interlayer of FIG. laminated glazing of Figure 2;
  • FIG. 6 is a graph showing the maximum stress envelope as a function of time for a 3 mm thick glass sheet of the laminated glazing unit of FIG. 2, as calculated using the finite element numerical model, in a first impact configuration to the bird on the laminated glazing;
  • FIG. 7 is a graph showing the maximum stress envelope as a function of time for a 3 mm thick glass sheet of the laminated glazing unit of FIG. 2, as calculated using the finite element numerical model, in a second impact configuration to the bird on the laminated glazing;
  • FIG. 8 is a graph representative of the probability of rupture of a glass sheet of the same glass composition and even reinforcement by chemical quenching than the glass sheets of the laminated glazing unit of FIG. 2 as a function of the stress, obtained according to FIG. impact test at the fall tower, where the probability of rupture depends on the volume of the glass sheet and is given on the graph for a sheet of glass of the same dimensions as the 3 mm thick glass sheet of the laminated glazing unit ;
  • FIG. 9 is a graph representative of the probability of rupture of a glass sheet of the same glass composition and even reinforcement by chemical quenching than the glass sheets of the laminated glazing unit of FIG. 2 as a function of the stress, obtained according to FIG. ring bending test on tripod after indentation, where the probability of breaking is independent of the volume of the glass sheet;
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the successive steps of a manufacturing method according to the invention, implemented to obtain the laminated glazing unit of FIG. 2 with optimized dimensioning. 1 o to resist an impact to the bird when installed in the structure, while having a mass and / or minimized cost;
  • FIG. 1 1 is a schematic diagram of a system for implementing a method according to the invention.
  • the method according to the invention is implemented to verify that a laminated glazing unit 1 (BL) intended to be integrated into an aircraft cockpit as a rear side window, resists a bird impact in two configurations. different (examples 1 and 2).
  • the laminated glazing unit 1 consists of a stack of three sheets of glass 11, 13, 15 and two polymeric interleaves 12, 14 interposed between the glass sheets.
  • Such a three-ply glass structure is a conventional laminated glazing structure of aircraft cockpit.
  • Each glass sheet 11, 13, 15 is an aluminosilicate glass sheet which has been reinforced by a chemical quenching process.
  • the compression depth P resulting from the chemical quench is of the order of 200 to 250 ⁇ .
  • the polymeric interlayer 12 is a polyurethane (PU) based interlayer.
  • the polymeric interlayer 14 is an intermediate sheet based on polybutyral vinyl (PVB).
  • Figure 2 shows the laminated glazing 1 with its surrounding elements 3, 5, 7 which maintain the laminated glazing 1 in position in the structure of the aircraft.
  • the laminated glazing unit 1 is connected to the structure 7 (or fuselage) of the aircraft via a silicone peripheral seal 3, which behaves mechanically like a ball joint between the structure 7 and the laminated glazing unit 1.
  • a shim 5 made of epoxy glass composite is also provided on the inner periphery of the laminated glazing unit 1, in order to respect the gap defined by the structure 7.
  • the laminated glazing 1 and its surrounding elements 3, 5, 7 are the same for both examples 1 and 2, which differ from each other only by the characteristics of the impact to the bird.
  • the implementation of the method according to the invention, to verify that the laminated glazing 1 integrated in the aircraft cockpit is resistant to impact to the bird, is the same for both examples 1 and 2.
  • the method comprises the steps shown in the diagram of Figure 3 and described below. It should be noted that the order of the steps in FIG. 3 is not imperative and may be the subject of any technically possible modification.
  • the CAD_BRD and CAD_GLZ geometric models were made using the CATIA software.
  • step 130 the CAD_BRD and CAD_GLZ geometrical models are meshed and a FEJMP finite element numerical model of the laminated glazing unit 1 installed in the structure 7 of the aircraft and subjected to the impact with the bird 9 is obtained.
  • the mesh of the CAD BRD and CAD GLZ geometrical models was made using the HYPERMESH mesh tool and the coding was carried out using the ABAQUS finite element calculation code.
  • FIG. 4 shows an example of a model obtained in step 130, comprising the mesh representations of the bird 9 and the laminated glazing unit 1 with its surrounding elements 3, 7.
  • step 140 the FEJMP finite element numerical model is supplied with the properties of the materials of the meshed components:
  • the parameters of the viscoelastic model of the material constituting the spacer j have been identified by identifying a series of Prony on the master curve, in the form of
  • FIG. 5 shows an example of "fitting" of a series of Prony on the master curve of the conservation module G '(f) of the material of the polymeric interlayer 12 made of PU of the laminated glazing unit 1.
  • the material data has been defined in the format of the ABAQUS software, for example for the polymeric interlayer 12 in PU (the values are given in SI units):
  • step 150 the input of the finite element numerical model is
  • T ° C ambient 25 ° C
  • T ° C internal face of the glazing 1 20.4 ° C
  • T ° C outer face of the glazing 1 23.9 ° C
  • T ° C ambient 23 ° C
  • T ° C internal face of the glazing 1 23 ° C
  • T ° C outer face of the glazing 1 24.3 ° C.
  • FIGS. 6 and 7 show, respectively for example 1 and for example 2, the maximum stress envelope om_1 1 as a function of time calculated using the FEJMP numerical model for the glass sheet 1 1 of thickness 3 mm of laminated glazing 1.
  • the inventors have shown that the fall tower impact test solicits the glass sheet in a manner similar to what happens during an impact to the bird. Therefore, for Examples 1 and 2, for each glass sheet i of the laminated glazing unit 1, the maximum stress envelope om_i can be compared with the results of the probability of rupture of a sheet of mineral glass of the same glass composition, same reinforcement by chemical quenching and same volume as the glass sheet i depending on the stress, obtained according to the impact test at the tower of fall.
  • the glass sheet 1 1 with a thickness of 3 mm of the laminated glazing unit 1 it is possible to use the graph of FIG. 8 showing the probability of rupture of a mineral glass sheet of the same dimensions, same glass composition and even reinforcement. that the sheet 1 1 depending on the stress, obtained according to the impact test at the tower of fall.
  • We choose as the value of the breaking stress or_1 1, to which we will compare the maximum stress envelope om_1 1, the stress value at 10% probability of rupture on the graph of Figure 8, or_1 590 MPa.
  • the graph of FIG. 9 shows the probability of rupture of a mineral glass sheet of the same glass composition and even reinforcement according to of the stress, obtained according to the test of ring bending on tripod after indentation with a depth of indentation between 5 and 25 ⁇ .
  • the graph of FIG. 9 can be used directly for each of the three glass sheets 1 1, 13, 15 of the laminated glazing unit 1, because in this case the probability of rupture is independent of the volume of the glass sheet. .
  • We choose as the value of the breaking stress or_i, to which we will compare the envelope of maximum stress om_i, the stress value at 10% probability of rupture on the graph of Figure 9, or_i 450 MPa.
  • the numerical model FEJMP for the glass sheet 1 1 remains in the course of time strictly less than 450 MPa, which is the value of the breaking stress or_1 1 obtained according to the test of ring bending on tripod after indentation. This validates that the glass sheet 1 1 of the laminated glazing 1 does not present a risk of breakage during the impact to the bird according to Example 1. A similar analysis can be performed for the glass sheets 13 and 15. The laminated glazing 1 is therefore considered to be resistant to the impact of the bird according to Example 1 (result: OK).
  • Figure 10 shows the steps of a method of manufacturing laminated glazing 1 to resist impact to the bird when installed in an aircraft cockpit.
  • the order of the steps of FIG. 10 is not imperative and may be the subject of any technically possible modification.
  • the steps 220, 230, 240, 250 of the method of FIG. 10 are identical to the steps 120, 130, 140, 150 of the method of FIG. 3 respectively.
  • the method of FIG. 10 differs from that of FIG. : ⁇
  • the thickness h 1 of the glass sheets and the thickness h 1 of the polymeric interlocks are adjusted so that the envelope of maximum stress ⁇ 1 -p on each sheet of glass of the laminated glazing is strictly less than the constraint breaking or_i the glass sheet obtained according to a method selected to match the type of solicitations of a bird impact;
  • Such a method of manufacturing laminated glazing guarantees obtaining a laminated glazing unit 1 optimized both in terms of mass, cost and impact resistance in the bird impact configuration defined in FIG. step 250.
  • FIG. 11 shows a system 30 according to the invention that can be used to implement the method described above with reference to FIG. 3 to verify that the laminated glazing unit 1 integrated in an aircraft cockpit as ice cream rear side resists an impact to the bird, and / or the method described above in connection with Figure 10 to manufacture the laminated glazing 1 so that it resists an impact an impact to the bird when it is installed in an airplane cockpit.
  • the system 30 comprises a graphical user interface 31, a material modeling module 32, an impact modeling module 33 and a processing module 34.
  • the graphic interface 31 is configured to display the models of the impactor and the laminated glazing with its elements ⁇
  • the material modeling module 32 is configured to store and manage the material data provided in step 140/240.
  • the impact modeling module 33 is configured to store and manage the impact characteristic data provided in step 150/250.
  • the processing module 34 is configured to prepare the FEM FEJMP finite element model in step 130/230; performing the finite element analysis and calculating the maximum stress envelope om_i, om_i_p in step 160/260 and, in the case of the method of Figure 10, the thickness values h_i and hj adjusted to the step 270.
  • the processing module 34 uses the data defined in the material modeling module 32 and the impact modeling module 33.
  • the invention is not limited to the examples described and shown.
  • the invention has been illustrated with examples of impacts to the bird on a laminated aircraft glazing, but it is understood that it is applicable for any type of dynamic impact and any type of glazing comprising at least one sheet of glass, whether it is a laminated glazing or not.
  • An important condition for the proper implementation of the invention is the selection, for determining the breaking stress of a glass sheet, of a method representative of the stresses associated with the type of impact considered and of an appropriate definition. of the breaking stress.

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Abstract

Ce procédé vise à obtenir un vitrage (1) qui résiste à un impact dynamique lorsqu'il est installé dans une structure (7), tel qu'un impact à l'oiseau (9) pour un vitrage installé dans un aéronef, le vitrage (1) comprenant au moins une feuille de verre, le procédé comprenant des étapes dans lesquelles : - à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis du vitrage installé dans la structure et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement du matériau constitutif de chaque feuille de verre, on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage; - pour chaque feuille de verre du vitrage, on compare l'enveloppe de contrainte maximale à la contrainte à rupture de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact.

Description

PROCÉDÉ NON DESTRUCTIVE DE VALIDATION QU'UN VITRAGE RÉSISTE
À UN IMPACT
La présente invention a trait à un procédé non destructif de validation qu'un vitrage installé dans une structure résiste à un impact dynamique, tel qu'un impact à l'oiseau pour un vitrage d'aéronef. L'invention a également trait à un procédé de fabrication d'un vitrage pour qu'il résiste à un impact dynamique.
Au sens de l'invention, on entend par "vitrage" une structure comprenant au moins une feuille de verre. De plus, on entend par "vitrage feuilleté" une structure de vitrage comprenant un empilement d'au moins une feuille de verre et un intercalaire polymérique, y compris un empilement d'une seule feuille de verre et d'un seul intercalaire polymérique assemblés entre eux.
Dans le cadre de l'invention, une feuille de verre est un substrat transparent rigide, qui peut être en verre minéral ou en verre organique. Un intercalaire polymérique est un feuillet intercalaire à base de matériau polymère, notamment thermoformable ou sensible à la pression, c'est-à-dire le type de feuillet qu'on utilise comme intercalaire dans les vitrages feuilletés. Il peut s'agir d'un intercalaire monolithique ou d'un intercalaire composite constitué par l'assemblage de plusieurs éléments polymériques sous forme de couches, résines ou films.
Il est connu de tester la résistance à l'impact des vitrages de véhicules par des tests destructifs normalisés avec des impacteurs représentatifs de situations réelles, tels qu'un test à l'oiseau dans le domaine aéronautique pour des vitrages d'avions ou d'hélicoptères, un test au pavé pour des vitrages de trains, un test balistique pour des vitrages de véhicules blindés. De tels tests destructifs sont coûteux, notamment en ce qu'ils nécessitent de la main d'œuvre et la mise au rebut des vitrages testés en cas de casse. De plus, ils ne permettent pas d'optimiser la composition et l'intégration des vitrages dans une structure, notamment en fonction de la raideur des matériaux du vitrage ou des systèmes d'attache. Il en résulte souvent un surdimensionnement des vitrages, c'est-à-dire des épaisseurs trop importantes des feuilles de verre, et éventuellement des intercalaires polymériques dans le cas de vitrages feuilletés, par rapport aux niveaux de contraintes mécaniques susceptibles d'être appliqués aux vitrages. Dès lors, le coût et la masse des vitrages ne sont pas optimisés.
C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un procédé non destructif de validation qu'un vitrage installé dans une structure résiste à un impact dynamique, et un procédé de fabrication d'un vitrage garantissant l'obtention d'un vitrage optimisé à la fois en termes de masse, de coût et de résistance à un impact.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé non destructif de validation qu'un vitrage installé dans une structure résiste à un impact dynamique, tel qu'un impact à l'oiseau pour un vitrage installé dans un aéronef, le vitrage comprenant au moins une feuille de verre, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis du vitrage installé dans la structure et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement du matériau constitutif de chaque feuille de verre, on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur au moins une feuille de verre critique du vitrage (de préférence on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage) ;
- pour au moins la feuille de verre critique du vitrage (de préférence pour chaque feuille de verre du vitrage), on compare l'enveloppe de contrainte maximale à la contrainte à rupture de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact, en particulier on vérifie si l'enveloppe de contrainte maximale est strictement inférieure à la contrainte à rupture.
Selon un aspect de l'invention, le procédé est un procédé non destructif de validation qu'un vitrage feuilleté installé dans une structure résiste à un impact dynamique, le vitrage feuilleté comprenant un empilement d'au moins une feuille de verre et un intercalaire polymérique, le procédé comprenant des étapes dans lesquelles :
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis du vitrage feuilleté installé dans la structure et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement du matériau constitutif de chaque feuille de verre, une loi de comportement du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique, et une loi de comportement de chaque interface entre une feuille de verre et un intercalaire polymérique, on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur au moins une feuille de verre critique du vitrage feuilleté (de préférence on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage feuilleté) ; - pour au moins la feuille de verre critique du vitrage feuilleté (de préférence pour chaque feuille de verre du vitrage feuilleté), on compare l'enveloppe de contrainte maximale à la contrainte à rupture de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact, en particulier on vérifie si l'enveloppe de contrainte maximale est strictement inférieure à la contrainte à rupture.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un vitrage pour qu'il résiste à un impact dynamique lorsqu'il est installé dans une structure, tel qu'un impact à l'oiseau pour un vitrage installé dans un aéronef, le vitrage comprenant au moins une feuille de verre, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis du vitrage installé dans la structure et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement du matériau constitutif de chaque feuille de verre, on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur au moins une feuille de verre critique du vitrage (de préférence on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage), en fonction des dimensions du vitrage ;
- on ajuste les caractéristiques du vitrage parmi ses dimensions, le matériau constitutif de chaque feuille de verre, de telle sorte que l'enveloppe de contrainte maximale calculée pour au moins la feuille de verre critique du vitrage (de préférence pour chaque feuille de verre du vitrage) est strictement inférieure à la contrainte à rupture de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact, tout en ayant un dimensionnement optimisé du vitrage ;
- on prépare et on assemble chaque feuille de verre du vitrage avec les caractéristiques ajustées.
Selon un aspect de l'invention, le procédé est un procédé de fabrication d'un vitrage feuilleté pour qu'il résiste à un impact dynamique lorsqu'il est installé dans une structure, le vitrage feuilleté comprenant un empilement d'au moins une feuille de verre et un intercalaire polymérique, le procédé comprenant des étapes dans lesquelles : Λ
4
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis du vitrage feuilleté installé dans la structure et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement du matériau constitutif de chaque feuille de verre, une loi de comportement du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique, et une loi de comportement de chaque interface entre une feuille de verre et un intercalaire polymérique, on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur au moins une feuille de verre critique du vitrage feuilleté (de préférence on calcule l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage feuilleté), en fonction des dimensions du vitrage feuilleté ;
- on ajuste les caractéristiques du vitrage feuilleté parmi ses dimensions, le matériau constitutif de chaque feuille de verre, le matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique, la nature de chaque interface entre une feuille de verre et un intercalaire polymérique, de telle sorte que l'enveloppe de contrainte maximale calculée pour au moins la feuille de verre critique du vitrage feuilleté (de préférence pour chaque feuille de verre du vitrage feuilleté) est strictement inférieure à la contrainte à rupture de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact, tout en ayant un dimensionnement optimisé du vitrage feuilleté ;
- on prépare et on assemble chaque feuille de verre et chaque intercalaire polymérique du vitrage feuilleté avec les caractéristiques ajustées.
Dans le cadre de l'invention, on entend par "feuille de verre critique" une feuille de verre du vitrage dont on sait qu'elle est la plus susceptible de casser lors de l'impact dynamique, par exemple en raison de son épaisseur, de son matériau constitutif, de son positionnement vis-à-vis de l'impacteur, etc. L'invention peut alors être mise en œuvre en calculant l'enveloppe de contrainte maximale sur cette feuille de verre critique uniquement. Toutefois, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'enveloppe de contrainte maximale est calculée sur chaque feuille de verre du vitrage.
Au sens de l'invention, on entend par "dimensions du vitrage" non seulement ses dimensions périphériques, par exemple dans le cas d'un vitrage rectangulaire, sa largeur et sa longueur, mais également les épaisseurs de sa ou ses feuilles de verre et, dans le cas d'un vitrage feuilleté, de son ou ses intercalaires polymériques constitutifs. De plus, on entend par "dimensionnement optimisé du vitrage" le fait d'avoir une épaisseur de verre et éventuellement une épaisseur d'intercalaire polymérique dans le vitrage ajustées pour minimiser la masse et/ou le coût du vitrage.
Dans le cadre de l'invention, la ou chaque feuille de verre du vitrage peut être une feuille en verre minéral, notamment un verre d'oxyde tel qu'un silicate, borate, sulfate, phosphate, ou autre. Chaque feuille de verre du vitrage qui est en verre minéral est avantageusement renforcée, notamment par un procédé de trempe thermique ou par un procédé d'échange ionique également appelé "trempe chimique".
De manière connue, les procédés de trempe thermique et de trempe chimique permettent d'augmenter la résistance aux chocs des feuilles de verre minéral, en créant une zone superficielle en compression et une zone centrale en tension. Dans le cas de la trempe chimique, la substitution superficielle d'un ion de la feuille de verre (généralement un ion alcalin tel que le sodium ou le lithium) par un ion de rayon ionique plus grand (généralement un ion alcalin, tel que le potassium ou le sodium) permet de créer en surface de la feuille de verre des contraintes résiduelles de compression, jusqu'à une certaine profondeur. Dans l'ensemble du texte, une profondeur correspond, selon une coupe transversale, à une distance entre un point considéré et une surface de la feuille de verre, mesurée selon une normale à ladite surface. Les contraintes sont parallèles à la surface de la feuille de verre, et sont des contraintes d'épaisseur, au sens où, exception faite des zones de bord, la moyenne des contraintes sur toute l'épaisseur de la feuille de verre est nulle. Les contraintes superficielles en compression sont en effet équilibrées par la présence d'une zone centrale en tension. Il existe donc une certaine profondeur à laquelle se produit la transition entre compression et tension, cette profondeur étant appelée "profondeur de compression P" dans la suite du texte.
Dans le cadre de l'invention, la ou chaque feuille de verre du vitrage peut également être une feuille en verre organique, contenant une ou plusieurs substances polymères organiques de haut poids moléculaire, par exemple en polycarbonate (PC) ou en polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
Par ailleurs, dans le cas d'un vitrage feuilleté, le ou chaque intercalaire polymérique du vitrage feuilleté peut être un feuillet thermoformable ou sensible à la pression, notamment à base de polybutyral de vinyle (PVB), de polyuréthane 6
(PU), d'éthylène-acétate de vinyle (EVA), de polyéthylène téréphtalate (PET), de polychlorure de vinyle (PVC).
Selon l'invention, on considère un impact dynamique entre un vitrage et un impacteur, où la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur est comprise entre 15 m/s et 1500 m/s.
L'impacteur peut être de nature variée, en particulier l'impacteur peut être un élément dur tel qu'une bille en acier, un projectile de type pavé, un projectile balistique, ou bien l'impacteur peut être un élément mou tel qu'un oiseau. Il peut également s'agir d'un impacteur de type fluide, par exemple un gaz sous pression dans le cas d'un vitrage soumis à un impact explosif, ou encore un volume d'eau projeté dans le cas d'un vitrage soumis à un impact avec un paquet d'eau, notamment pour des applications marines.
A titre d'exemples non limitatifs d'impacts envisageables dans le cadre de l'invention, on peut citer les impacts suivants, correspondant à des essais normalisés :
- un impact à l'oiseau, utilisé pour tester des vitrages d'aéronefs (avions, hélicoptères), où l'impacteur est un poulet de 0,5 kg à 2 kg et la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur est comprise entre 50 m/s et 200 m/s ;
- un impact au projectile UlC (Union Internationale des Chemins de fer) utilisé pour tester des vitrages de train selon la norme européenne des chemins de fer, où l'impacteur est le projectile UlC et la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur est comprise entre 20 m/s et 220 m/s ;
- un impact à la bouteille en verre, utilisé pour tester des vitrages de train, où l'impacteur est une bouteille en verre et la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur est comprise entre 25 m/s et 180 m/s ;
- un impact de type gravillonnage, utilisé pour tester des vitrages de train, où l'impacteur est un élément de 20 g en aluminium ayant une tête pointue et la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur est comprise entre 25 m/s et 150 m/s ;
- un impact aux grêlons, utilisé pour tester des vitrages d'aéronefs (avions, hélicoptères), où l'impacteur est un ensemble de coton et d'eau gelée de diamètre prédéfini (10 mm ; 12,7 mm ; 25,4 mm ; 50,8 mm) et la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur est comprise entre 40 m/s et 260 m/s ; - un impact balistique, utilisé pour tester des vitrages de véhicules blindés, où l'impacteur est un projectile balistique pouvant être de différentes formes et de différents calibres et la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur est comprise entre 350 m/s et 1000 m/s.
Selon une caractéristique, le modèle numérique par éléments finis est obtenu en réalisant un maillage de modèles géométriques de l'impacteur, d'une part, et du vitrage avec les éléments environnants qui le maintiennent en position dans la structure, d'autre part.
Ces modèles géométriques peuvent notamment être réalisés à l'aide d'un logiciel de dessin assisté par ordinateur (DAO) ou de conception assistée par ordinateur (CAO), tel que les logiciels AUTOCAD, CATIA, PRO- ENGINEER/CREO, SOLIDWORKS.
De manière avantageuse, le maillage des modèles géométriques de l'impacteur et du vitrage avec ses éléments environnants, ainsi que le calcul de l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage, sont réalisés à l'aide d'un logiciel d'analyse par éléments finis, tel que les logiciels ABAQUS, ANSYS, RADIOSS.
Selon un aspect de l'invention, on fournit en entrée, pour le calcul par éléments finis, les propriétés des matériaux de l'impacteur, du vitrage et de ses éléments environnants, sur au moins les gammes de fréquences et de températures caractéristiques de l'impact.
Selon un autre aspect de l'invention, on fournit en entrée, pour le calcul par éléments finis, les caractéristiques de l'impact dynamique, notamment le lieu et l'angle d'impact de l'impacteur sur le vitrage, la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur, la masse de l'impacteur, la température de chaque composant.
Quel que soit le mode de réalisation, un procédé selon l'invention comprend :
- la mise en place d'un modèle numérique par éléments finis de l'impacteur et du vitrage avec les éléments environnants qui le maintiennent en position dans la structure,
- l'injection dans le modèle numérique par éléments finis des propriétés des matériaux de l'impacteur, du vitrage et de ses éléments environnants, sur au moins les gammes de fréquences et de températures caractéristiques de l'impact, o
- l'injection dans le modèle numérique par éléments finis des caractéristiques de l'impact dynamique, notamment le lieu et l'angle d'impact de l'impacteur sur le vitrage, la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur, la masse de l'impacteur, la température de chaque composant,
- la sélection d'une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre correspondant au type d'impact, et l'obtention de la contrainte à rupture de chaque feuille de verre du vitrage selon la méthode sélectionnée, afin de la comparer avec l'enveloppe de contrainte maximale sur cette feuille de verre calculée à l'aide du modèle numérique par éléments finis.
Une étape importante de l'invention est la sélection d'une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre correspondant au type d'impact, c'est-à-dire dans laquelle l'impacteur sollicite la feuille de verre de manière similaire à ce qui se passe lors de l'impact réel. En particulier, la méthode sélectionnée doit être représentative du type de sollicitations des défauts critiques présents dans la feuille de verre, qui peut dépendre notamment de la composition du verre, du type de traitement appliqué au verre (trempe thermique, trempe chimique, etc.), du type d'impacteur, de la vitesse d'impact. Ainsi, par exemple, la méthode sélectionnée ne sera pas la même pour un vitrage d'avion soumis à un impact à l'oiseau, pour un vitrage de train soumis à un impact au pavé, ou encore pour un vitrage automobile soumis à un impact balistique.
Des exemples de méthodes expérimentales de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre comprennent, notamment : un test d'impact à la tour de chute ; un test de flexion par anneau sur tripode sans indentation ; un test de flexion par anneau sur tripode après indentation.
Dans le test d'impact à la tour de chute, un impact d'un impacteur rigide, qui est une bille d'acier, est réalisé sur une éprouvette de la feuille de verre préalablement instrumentée de jauges de déformation. La bille d'acier est positionnée à différentes hauteurs, jusqu'à obtenir la rupture de l'éprouvette. Parallèlement, un modèle numérique par éléments finis de l'essai est réalisé, en modélisant les jauges de déformation dans le modèle numérique. Sur l'essai réel, les déformations en dynamique sont relevées grâce aux jauges de déformation afin de valider le modèle numérique, ce qui permet de déterminer la contrainte au départ de casse, qui correspond à la contrainte à rupture de la feuille de verre. En pratique, deux jauges de déformation sont utilisées pour chaque essai, ce qui permet de voir le centrage de la bille vis-à-vis du centre de l'éprouvette. En s'appuyant sur les calculs du modèle numérique par éléments finis, on trace un graphe donnant la contrainte au départ de casse en fonction de la hauteur de chute pour différents diamètres de billes. On peut ainsi déduire, en fonction des résultats des essais, la probabilité de rupture pour une contrainte donnée. De manière avantageuse, dans le test d'impact à la tour de chute, la feuille de verre est sollicitée de manière dynamique, ce qui est analogue à ce qui se passe lors d'un impact à l'oiseau, un impact au projectile UlC, un impact balistique par exemple.
Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention :
- le vitrage est un vitrage destiné à être installé dans un aéronef, l'impact est un impact à l'oiseau et la méthode sélectionnée pour déterminer la contrainte à rupture de la feuille de verre est un test d'impact à la tour de chute,
- le vitrage est un vitrage destiné à être installé dans un train, l'impact est un impact au projectile UlC et la méthode sélectionnée pour déterminer la contrainte à rupture de la feuille de verre est un test d'impact à la tour de chute,
- le vitrage est un vitrage destiné à être installé dans un véhicule automobile, l'impact est un impact balistique et la méthode sélectionnée pour déterminer la contrainte à rupture de la feuille de verre est un test d'impact à la tour de chute.
Dans le test de flexion par anneau sur tripode sans indentation, une force croissante est appliquée sur une éprouvette de la feuille de verre placée entre trois billes et un anneau, jusqu'à la rupture de l'éprouvette. Ce test permet de déterminer la contrainte à la rupture de défauts à la surface d'éprouvettes en s'affranchissant des bords du fait de la localisation de la contrainte maximale située sous l'anneau. De plus, la contrainte est constante et isotrope (égale dans toutes les directions) sous l'anneau de chargement. En pratique, une face quelconque de chaque éprouvette est revêtue d'un film adhésif sur une face qui sera mise par la suite en compression. Le rôle de ce film est de permettre la localisation de l'origine de rupture. Le test de flexion par anneau sur tripode est réalisé par exemple à l'aide d'une machine Instron 5567, réglée avec une vitesse de descente de la traverse de 2 mm/min, instrumentée avec un capteur de force de 10 kN, d'un anneau de 10 mm de diamètre avec un tore de 1 mm de rayon, fixée en bout de la machine Instron, et d'un socle sur lequel sont collées trois billes de rayon 5 mm, disposées à 120° sur un cercle de 20 mm de rayon et dont le centre est confondu avec le centre de l'anneau. L'éprouvette est placée entre ces trois billes et l'anneau. On applique alors sur l'anneau une force croissante jusqu'à la rupture de l'éprouvette. Seules les éprouvettes dont l'origine de rupture est sous l'anneau sont comptabilisées. La contrainte à rupture en fonction de la force à rupture et de l'épaisseur de l'éprouvette est donnée par la formule suivante, le résultat étant pris comme la moyenne de cinq essais :
0,847 x Forcer
°"(MPa) = ~ : 2 1
épaisseur^
Dans le test de flexion par anneau sur tripode après indentation, le test de flexion est mis en œuvre comme précédemment, à la différence que les éprouvettes ont été préalablement soumises à une indentation, réalisée sur la face opposée au film adhésif à l'aide de poids posés par-dessus une pointe Vickers. Pour l'indentation, chaque éprouvette est positionnée sous la pointe de telle sorte que l'indentation soit réalisée au milieu de l'éprouvette, à 1 mm près. La descente de la pointe sur l'éprouvette est effectuée par exemple à l'aide d'une machine Instron munie d'un capteur de force de 5 kN. En position initiale, la pointe est placée entre 2 et 5 mm au-dessus de l'éprouvette. Puis la pointe est approchée du verre à une vitesse de 10 mm/min. Après contact entre la pointe et le verre, la force appliquée par la machine devient nulle et seuls les poids posés sur la pointe provoquent l'indentation du verre. L'indentation dure 20 secondes, puis la pointe est remontée par la machine. Le verre est alors entreposé pendant au moins 12 heures afin de stabiliser la propagation des fissures. En cas de rupture après indentation mais avant le test de flexion, la contrainte à rupture en flexion est déclarée nulle. Pour le test de flexion, l'éprouvette est ensuite placée entre les trois billes et l'anneau de telle manière que la marque d'indentation soit alignée avec le centre de l'anneau, à 1 mm près.
Pour une feuille de verre minéral, l'évolution de la probabilité de rupture en fonction de la contrainte obtenue selon le test d'impact à la tour de chute ou le test de flexion par anneau sur tripode après ou sans indentation peut dépendre du volume de l'éprouvette testée. En effet, la résistance mécanique de la feuille de verre minéral est fixée par le défaut le plus important dans la zone sollicitée. En ^ ^ changeant les conditions de sollicitation ou en prenant une éprouvette plus grande, on a une probabilité plus grande de rencontrer un défaut plus important. Pour prendre en compte ce phénomène, on utilise alors une méthode statistique reposant sur le modèle de Weibull.
Dans ce modèle, on exprime une probabilité cumulée de rupture PRi en fonction de la contrainte appliquée oR. En effectuant N fois le même type d'essai, et si l'on ordonne les contraintes de rupture par ordre croissant : oR1 < oR2 < ...<oRi <...<oRN, on peut alors définir une probabilité cumulée de rupture PR, associée à la i-ème contrainte de rupture oRi par : PRi = -^, où i est le rang de l'échantillon et N le nombre total d'éprouvettes, qui doit être supérieur à 20 pour avoir une valeur raisonnable du module de Weibull. La probabilité de survie Ps de l'éprouvette soumise à une contrainte est : Ps = = i - PRU où m est le module de Weibull caractérisant la distribution des contraintes à la rupture, σο et V0 sont des constantes, V est le volume de l'éprouvette.
Toutefois, les inventeurs ont mis en évidence que, pour une feuille de verre minéral renforcée par trempe chimique telle que celles utilisées dans les vitrages d'avion, le test de flexion par anneau sur tripode après indentation permet de s'affranchir de l'aspect statistique de la rupture du verre si l'on choisit une profondeur d'indentation adaptée. Pour cela, la profondeur d'indentation est choisie supérieure à la plus grande taille de défaut du verre, afin de créer un défaut plus important que les défauts intrinsèques du verre, et inférieure à la profondeur de compression P résultant de la trempe chimique, afin d'avoir une contrainte à rupture mesurée qui reste représentative de la contrainte à rupture du verre renforcé, avec peu de dispersion. Dans ces conditions, le test de flexion par anneau sur tripode après indentation est bien représentatif des sollicitations des défauts critiques du verre générées lors d'un impact dynamique, tel qu'un impact à l'oiseau, un impact au projectile UIC, un impact balistique, etc. De plus, comme on crée un défaut plus important que les défauts intrinsèques du verre, il n'y a plus de problème de changement d'échelle pour la probabilité de rupture.
Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le vitrage comprend au moins une feuille de verre minéral renforcée par trempe chimique et la méthode sélectionnée pour déterminer la contrainte à rupture de la feuille de verre est un test de flexion par anneau sur tripode après indentation. De préférence, la profondeur d'indentation est choisie supérieure à la plus grande taille de défaut du verre et inférieure à la profondeur de compression P résultant de la trempe chimique. Notamment, selon un exemple, la profondeur d'indentation est de l'ordre de 5 à 25 μιτι pour une profondeur de compression P de l'ordre de 200 à 250 μηη.
En pratique, on établit l'évolution de la probabilité de rupture en fonction de la contrainte à partir des résultats du test de flexion par anneau sur tripode après indentation. Un avantage important est que, dans ce cas, l'évolution de la probabilité de rupture en fonction de la contrainte établie pour une éprouvette donnée est valable pour tout volume de feuille de verre.
La valeur de la contrainte à rupture, à laquelle on va comparer l'enveloppe de contrainte maximale sur la feuille de verre, peut par exemple être choisie comme étant la valeur de contrainte à 10% de probabilité de rupture sur le graphe d'évolution de la probabilité de rupture en fonction de la contrainte. Il est également possible d'ajouter un facteur X (X>1 ), en considérant que le test de flexion par anneau sur tripode après indentation est trop conservateur, étant donné qu'on ajoute un défaut. La valeur de ce facteur X est choisie par rapport à l'expérience et aux observations faites sur des tests destructifs.
Dans un mode de réalisation, le vitrage est un vitrage feuilleté d'avion constitué d'un empilement de trois feuilles de verre et de deux intercalaires polymériques intercalés entre les feuilles de verre. Une telle structure à trois plis de verre est une structure classique de vitrage frontal, latéral avant ou latéral arrière d'avion.
En particulier, un exemple de structure classique pour un vitrage feuilleté d'avion est l'empilement suivant : Verre minéral (3 mm) / PU (5,3 mm) / Verre minéral (8 mm) / PVB (2 mm) / Verre minéral (8 mm).
Dans un autre mode de réalisation, le vitrage est un vitrage feuilleté d'hélicoptère constitué d'un empilement comprenant au moins une feuille de verre et un intercalaire polymérique.
En particulier, un exemple de structure classique pour un vitrage feuilleté d'hélicoptère est l'empilement suivant : Verre minéral (0,7 mm) / PU (2,5 mm) /
PMMA (7 mm), ou encore un empilement d'une seule feuille de verre et d'un seul intercalaire polymérique composite : Verre minéral (3 mm) / PU (3,56 mm) + PET
(0,18 mm). Selon un aspect de l'invention, dans le cas d'un vitrage feuilleté, la loi de comportement du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique du vitrage feuilleté est un modèle viscoélastique déterminé à partir de mesures de DMA (analyse mécanique dynamique ou "Dynamic Mechanical Analysis"). La DMA est utilisée pour caractériser la réponse d'un matériau en température et en fréquence, en appliquant de petites déformations cycliques. En pratique, à partir de résultats de DMA sur un échantillon de l'intercalaire polymérique, on étudie les propriétés en cisaillement du matériau de l'intercalaire en établissant :
- la courbe d'évolution du module de conservation G' du matériau en fonction de la fréquence pour différentes températures, notamment la fréquence est comprise entre 5 Hz et 285 Hz et la température est comprise entre -60°C et +60°C,
- la courbe d'évolution du module de perte G" du matériau en fonction de la fréquence pour différentes températures, notamment la fréquence est comprise entre 5 Hz et 285 Hz et la température est comprise entre -60°C et +60°C.
A partir de ces données G'(f) et G"(f), on construit une courbe maîtresse pour les modules de conservation G' et de perte G" sur au moins les gammes de fréquences et de températures caractéristiques de l'impact, en utilisant par exemple la loi d'équivalence fréquence/température établie par la méthode WLF (Williams-Landel-Ferry).
On peut ensuite utiliser le modèle de Maxwell généralisé, qui permet de décrire les paramètres des matériaux selon une distribution en temps de relaxation, sous forme de série de Prony. La courbe maîtresse établie précédemment permet d'identifier les paramètres du modèle viscoélastique du matériau constitutif de l'intercalaire polymérique, par identification (ou "fitting") d'une série de Prony sur la courbe maîtresse, sous la forme :
avec G0 le module instantané (haute fréquence ou basse température), gk les modules relatifs, rk les temps de relaxation.
Un autre objet de l'invention est un vitrage obtenu par le procédé de fabrication tel que décrit ci-dessus de manière à résister à un impact dynamique donné lorsqu'il est installé dans une structure donnée. Λ Λ
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Dans un mode de réalisation, au moins une partie des étapes du procédé non destructif de validation qu'un vitrage installé dans une structure résiste à un impact dynamique tel que décrit précédemment, ou du procédé de fabrication d'un vitrage pour qu'il résiste à un impact dynamique lorsqu'il est installé dans une structure tel que décrit précédemment, sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs.
En conséquence, l'invention a également pour objet un programme d'ordinateur sur un support d'enregistrement, ce programme étant susceptible d'être mis en œuvre dans un terminal, ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre de tout ou partie des étapes d'un procédé tel que décrit précédemment.
Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée.
L'invention a aussi pour objet un support d'enregistrement lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus.
Le support d'enregistrement peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire morte, une mémoire non volatile réinscriptible, par exemple une clé USB, une carte SD, une EEPROM, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur.
Le support d'enregistrement peut aussi être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé.
Le support d'enregistrement peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
L'invention a également pour objet un terminal comportant un module de traitement configuré pour :
- calculer par analyse par éléments finis l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre d'un vitrage installé dans une structure et soumis à un impact dynamique, où le vitrage comprend au moins une feuille de verre, à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis du vitrage installé dans la structure et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement du matériau constitutif de chaque feuille de verre, ainsi que, dans le cas d'un vitrage feuilleté comprenant un empilement d'au moins une feuille de verre et un intercalaire polymérique, une loi de comportement du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique et une loi de comportement de chaque interface entre une feuille de verre et un intercalaire polymérique, et
- comparer l'enveloppe de contrainte maximale calculée pour chaque feuille de verre du vitrage à une valeur de contrainte à rupture de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture du verre sélectionnée en fonction du type d'impact.
Selon un mode de réalisation, le module de traitement du terminal est également configuré pour :
- calculer par analyse par éléments finis l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage en fonction des dimensions du vitrage, et
- ajuster les dimensions du vitrage de telle sorte que l'enveloppe de contrainte maximale calculée pour chaque feuille de verre du vitrage est strictement inférieure à une valeur de contrainte à rupture de la feuille de verre, obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture du verre sélectionnée en fonction du type d'impact, tout en ayant un dimensionnement optimisé du vitrage.
Selon un aspect, le module de traitement du terminal selon l'invention comporte un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus, ce programme étant enregistré sur un support d'enregistrement conforme à l'invention et constitué par une mémoire non volatile réinscriptible du terminal, les instructions du programme étant interprétables par un processeur du terminal.
Le terminal, le programme d'ordinateur et le support d'enregistrement présentent, selon l'invention, les mêmes caractéristiques que le procédé selon l'invention. L'invention peut être mise en œuvre avec tout type de terminal, par exemple un ordinateur portable ou non.
Enfin, l'invention a pour objet un système de validation par analyse par éléments finis qu'un vitrage installé dans une structure résiste à un impact dynamique, où le vitrage comprend au moins une feuille de verre, le système comprenant : Λ
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- une interface graphique, configurée pour afficher un modèle de l'impacteur et un modèle du vitrage avec ses éléments environnants, fournir des données en entrée pour l'analyse par éléments finis et afficher des résultats de l'analyse par éléments finis ;
- un module de modélisation des matériaux de l'impacteur et de chaque feuille de verre, et éventuellement de chaque intercalaire polymérique dans le cas d'un vitrage feuilleté, et des éléments environnants, pour définir les propriétés de ces matériaux sur au moins les gammes de fréquences et de températures caractéristiques de l'impact ;
- un module de modélisation de l'impact, pour définir notamment le lieu et l'angle d'impact de l'impacteur sur le vitrage, la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur, la masse de l'impacteur, la température de chaque composant ;
- un module de traitement, pour préparer le modèle numérique par éléments finis du vitrage installé dans la structure et soumis à l'impact, réaliser l'analyse par éléments finis, et calculer l'enveloppe de contrainte maximale sur chaque feuille de verre du vitrage.
Dans un tel système, le module de traitement utilise les données définies dans le module de modélisation des matériaux et dans le module de modélisation de l'impact.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un exemple de mise en œuvre d'un procédé selon l'invention pour l'obtention d'un vitrage feuilleté d'avion qui résiste à un impact à l'oiseau, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique de face d'un cockpit d'avion comportant plusieurs vitrages feuilletés ou "glaces", respectivement en position frontale 1 (F), latérale avant 1 (FL) et latérale arrière 1 (BL) ;
- la figure 2 est une coupe schématique partielle d'un vitrage feuilleté latéral arrière 1 (BL) d'avion et de ses éléments environnants lorsqu'il est installé dans la structure d'un cockpit d'avion, le vitrage feuilleté étant constitué d'un empilement de trois feuilles de verre et deux intercalaires polymériques intercalés entre les feuilles de verre ;
- la figure 3 est un diagramme schématique montrant les étapes successives d'un procédé selon l'invention, mis en œuvre pour évaluer si le vitrage feuilleté de la figure 2 installé dans la structure de l'avion résiste à un impact à l'oiseau ;
- la figure 4 est un ensemble maillé destiné à être utilisé dans un modèle numérique par éléments finis réalisé à partir de modèles DAO d'un oiseau et du vitrage feuilleté de la figure 2 avec ses éléments environnants, lors d'un impact de l'oiseau au centre du vitrage feuilleté ;
- la figure 5 est un graphe montrant l'identification (ou "fitting") d'une série de Prony sur la courbe maîtresse du module de conservation G'(f), obtenue selon l'invention pour l'intercalaire polymérique en PU du vitrage feuilleté de la figure 2 ;
- la figure 6 est un graphe montrant l'enveloppe de contrainte maximale en fonction du temps pour une feuille de verre d'épaisseur 3 mm du vitrage feuilleté de la figure 2, telle que calculée à l'aide du modèle numérique par élément finis, dans une première configuration d'impact à l'oiseau sur le vitrage feuilleté ;
- la figure 7 est un graphe montrant l'enveloppe de contrainte maximale en fonction du temps pour une feuille de verre d'épaisseur 3 mm du vitrage feuilleté de la figure 2, telle que calculée à l'aide du modèle numérique par élément finis, dans une deuxième configuration d'impact à l'oiseau sur le vitrage feuilleté ;
- la figure 8 est un graphe représentatif de la probabilité de rupture d'une feuille de verre de même composition verrière et même renforcement par trempe chimique que les feuilles de verre du vitrage feuilleté de la figure 2 en fonction de la contrainte, obtenu selon le test d'impact à la tour de chute, où la probabilité de rupture dépend du volume de la feuille de verre et est donnée sur le graphe pour une feuille de verre de mêmes dimensions que la feuille de verre d'épaisseur 3 mm du vitrage feuilleté ;
- la figure 9 est un graphe représentatif de la probabilité de rupture d'une feuille de verre de même composition verrière et même renforcement par trempe chimique que les feuilles de verre du vitrage feuilleté de la figure 2 en fonction de la contrainte, obtenu selon le test de flexion par anneau sur tripode après indentation, où la probabilité de rupture est indépendante du volume de la feuille de verre ;
- la figure 10 est un diagramme schématique montrant les étapes successives d'un procédé de fabrication selon l'invention, mis en œuvre pour obtenir le vitrage feuilleté de la figure 2 avec un dimensionnement optimisé lui 1 o permettant de résister à un impact à l'oiseau lorsqu'il est installé dans la structure, tout en ayant une masse et/ou un coût minimisé ; et
- la figure 1 1 est un diagramme schématique d'un système permettant de mettre en œuvre un procédé selon l'invention.
Le procédé selon l'invention est mis en œuvre pour vérifier qu'un vitrage feuilleté 1 (BL), destiné à être intégré dans un cockpit d'avion en tant que glace latérale arrière, résiste à un impact à l'oiseau dans deux configurations différentes (exemples 1 et 2).
Comme bien visible sur la figure 2, le vitrage feuilleté 1 est constitué d'un empilement de trois feuilles de verre 1 1 , 13, 15 et deux intercalaires polymériques 12, 14 intercalés entre les feuilles de verre. Une telle structure à trois plis de verre est une structure classique de vitrage feuilleté de cockpit d'avion.
Chaque feuille de verre 1 1 , 13, 15 est une feuille en verre alumino silicate qui a été renforcée par un procédé de trempe chimique. Pour chaque feuille de verre 1 1 , 1 3, 15, la profondeur de compression P résultant de la trempe chimique est de l'ordre de 200 à 250 μηη.
L'intercalaire polymérique 12 est un feuillet intercalaire à base de polyuréthane (PU).
L'intercalaire polymérique 14 est un feuillet intercalaire à base de polybutyral de vinyle (PVB).
Les épaisseurs h_i des feuilles de verre i = 1 1 , 13, 15 et hj des intercalaires polymériques j = 12, 14 sont les suivantes : Verre (hn = 3 mm) / PU (hi2 = 5,3 mm) / Verre (hi3 = 8 mm) / PVB (hi4 = 2 mm) / Verre (hi5 = 8 mm).
La figure 2 montre le vitrage feuilleté 1 avec ses éléments environnants 3, 5, 7 qui maintiennent le vitrage feuilleté 1 en position dans la structure de l'avion. Le vitrage feuilleté 1 est lié à la structure 7 (ou fuselage) de l'avion par l'intermédiaire d'un joint périphérique 3 en silicone, qui se comporte mécaniquement comme une rotule entre la structure 7 et le vitrage feuilleté 1 . Une cale 5 en composite verre époxy est également fournie sur la périphérie intérieure du vitrage feuilleté 1 , afin de respecter l'entrefer défini par la structure 7.
Le vitrage feuilleté 1 et ses éléments environnants 3, 5, 7 sont les mêmes pour les deux exemples 1 et 2, qui ne diffèrent l'un de l'autre que par les caractéristiques de l'impact à l'oiseau. La mise en œuvre du procédé selon l'invention, pour vérifier que le vitrage feuilleté 1 intégré dans le cockpit d'avion résiste à un impact à l'oiseau, est la même pour les deux exemples 1 et 2. Le procédé comprend les étapes montrées dans le diagramme de la figure 3 et décrites ci-après. Il est à noter que l'ordre des étapes de la figure 3 n'est pas impératif et peut faire l'objet de toute modification techniquement possible.
Aux étapes 1 10 et 120, on fournit respectivement un modèle géométrique
CAD_GLZ du vitrage feuilleté 1 avec ses éléments environnants 3, 5, 7, et un modèle géométrique CAD_BRD de l'oiseau 9. Pour les exemples 1 et 2, les modèles géométriques CAD_BRD et CAD_GLZ ont été réalisés à l'aide du logiciel CATIA.
A l'étape 130, on réalise un maillage des modèles géométriques CAD_BRD et CAD_GLZ et on obtient un modèle numérique par élément finis FEJMP du vitrage feuilleté 1 installé dans la structure 7 de l'avion et soumis à l'impact avec l'oiseau 9. Pour les exemples 1 et 2, le maillage des modèles géométriques CAD BRD et CAD GLZ a été réalisé à l'aide de l'outil de maillage HYPERMESH et le codage a été réalisé à l'aide du code de calcul par éléments finis ABAQUS EXPLICIT. La figure 4 montre un exemple de modèle obtenu à l'étape 130, comprenant les représentations maillées de l'oiseau 9 et du vitrage feuilleté 1 avec ses éléments environnants 3, 7.
A l'étape 140, on fournit en entrée du modèle numérique par élément finis FEJMP les propriétés des matériaux des composants maillés :
- une loi de comportement MAT_BRD du matériau constitutif de l'oiseau, à savoir dans cet exemple une loi de comportement hydrodynamique sous la forme d'une équation d'état, qui se trouve dans la littérature scientifique ;
- une loi de comportement MAT_i du matériau constitutif de chaque feuille de verre i = 1 1 , 13, 15, qui sont les mêmes pour les trois feuilles de verre, à savoir dans cet exemple une masse volumique p = 2450 kg/m3, un module d'Young E = 72 GPa, un coefficient de Poisson v = 0,23 ;
- une loi de comportement VISCMODJ du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique j = 12, 14, à savoir dans cet exemple un modèle viscoélastique qui a été déterminé pour chaque intercalaire polymérique ;
- une loi de comportement (INT_ij) de chaque interface entre une feuille de verre i = 1 1 , 13, 15 et un intercalaire polymérique j = 12, 14, en particulier dans cet exemple on considère à chaque fois une adhésion et un contact parfaits entre les surfaces, de sorte que le maillage est coïncident ;
- une loi de comportement LAW_SEAL du joint 3 et de la cale 5, à savoir dans cet exemple, pour le joint 3, une loi de comportement hyper-élastique de type NEO HOOKE ou VAN DER WALLS et, pour la cale 7, une loi de comportement élastique.
Dans les exemples 1 et 2, pour chaque intercalaire polymérique j = 12, 14, le modèle viscoélastique VISCMODJ du matériau constitutif de l'intercalaire a été déterminé en procédant aux étapes suivantes :
- on a établi, à partir de résultats de DMA sur un échantillon de l'intercalaire j, la courbe d'évolution du module de conservation G'(f) et la courbe d'évolution du module de perte G"(f) du matériau de l'intercalaire j, pour une fréquence comprise entre 5 Hz et 285 Hz et différents isothermes compris entre -60°C et +60°C ;
- on a construit, à partir des données G'(f) et G"(f), une courbe maîtresse pour les modules de conservation G' et de perte G", sur des gammes de fréquences et de températures allant du plateau vitreux au plateau caoutchoutique du matériau, en utilisant la loi d'équivalence fréquence/température établie par la méthode WLF (Williams-Landel-Ferry) ;
- on a identifié les paramètres du modèle viscoélastique du matériau constitutif de l'intercalaire j, par identification d'une série de Prony sur la courbe maîtresse, sous la forme
avec G0 le module instantané, gk les modules relatifs, rk les temps de relaxation.
La figure 5 montre un exemple de "fitting" d'une série de Prony sur la courbe maîtresse du module de conservation G'(f) du matériau de l'intercalaire polymérique 12 en PU du vitrage feuilleté 1 .
En pratique, les données matériaux ont été définies sous le format du logiciel ABAQUS, par exemple pour l'intercalaire polymérique 12 en PU (les valeurs sont données en unités SI) :
*Material, name=PU Visco
*Density 1070e-09,
*Elastic, moduli=LONG TERM
7e6, 0.49
*Viscoelastic, time=PRONY
0.085, 0. , le-10
0.075, 0. , le-09
0.06, 0. , le-08
0.063, 0. , le-07
0.06, 0. , le-06
0.054, 0. , le-05
0.052, 0. , 0.0001
0.037, 0. , 0.001
0.024, 0. , 0.01
0.01, 0. , 0.1
0.0066, 0. , 1.
0.0019, 0. , 10.
0.0010, 0. , 100.
0.00097, 0. , 1000. A l'étape 150, on fournit en entrée du modèle numérique par élément finis
FEJMP les caractéristiques de l'impact, notamment :
- lieu et angle d'impact de l'oiseau : au centre du vitrage feuilleté, avec l'oiseau qui se déplace parallèlement à la trajectoire de l'avion ;
- vitesse relative entre le vitrage feuilleté et l'oiseau : 152,8 m/s pour l'exemple 1 et 187,6 m/s pour l'exemple 2 ;
- masse de l'oiseau : 1 ,807 kg pour l'exemple 1 et 1 ,812 kg pour l'exemple
2 ;
- température de chaque composant :
> pour l'exemple 1 , T°C ambiante : 25°C, T°C face interne du vitrage 1 : 20,4°C, T°C face externe du vitrage 1 : 23,9°C,
> pour l'exemple 2, T°C ambiante : 23°C, T°C face interne du vitrage 1 : 23°C, T°C face externe du vitrage 1 : 24,3°C.
A l'étape 160, on calcule par analyse par éléments finis à l'aide du modèle numérique FEJMP l'enveloppe de contrainte maximale om_i sur chaque feuille de verre i = 1 1 , 13, 15 du vitrage feuilleté 1 . En pratique, pour les exemples 1 et 2, on a utilisé le solveur du logiciel ABAQUS pour calculer les champs de contraintes et de déformations induits par l'impact à l'oiseau sur chaque feuille de verre i = 1 1 , 13, 15 et chaque intercalaire polymérique j = 12, 14 du vitrage feuilleté 1 .
Les figures 6 et 7 montrent, respectivement pour l'exemple 1 et pour l'exemple 2, l'enveloppe de contrainte maximale om_1 1 en fonction du temps calculée à l'aide du modèle numérique FEJMP pour la feuille de verre 1 1 d'épaisseur 3 mm du vitrage feuilleté 1 . A l'étape 170, on compare l'enveloppe de contrainte maximale om_i sur chaque feuille de verre i = 1 1 , 13, 15 du vitrage feuilleté 1 avec la contrainte à rupture or_i de la feuille de verre obtenue selon une méthode sélectionnée pour correspondre au type de sollicitations propres à un impact à l'oiseau, et on déduit si le vitrage feuilleté 1 résiste à l'impact dans la configuration d'impact à l'oiseau considérée.
Comme expliqué précédemment, les inventeurs ont mis en évidence que le test d'impact à la tour de chute sollicite la feuille de verre de manière similaire à ce qui se passe lors d'un impact à l'oiseau. Dès lors, pour les exemples 1 et 2, pour chaque feuille de verre i du vitrage feuilleté 1 , l'enveloppe de contrainte maximale om_i peut être comparée avec les résultats de probabilité de rupture d'une feuille de verre minéral de même composition verrière, même renforcement par trempe chimique et même volume que la feuille de verre i en fonction de la contrainte, obtenu selon le test d'impact à la tour de chute.
Ainsi, pour la feuille de verre 1 1 d'épaisseur 3 mm du vitrage feuilleté 1 , on peut utiliser le graphe de la figure 8 montrant la probabilité de rupture d'une feuille de verre minéral de mêmes dimensions, même composition verrière et même renforcement que la feuille 1 1 en fonction de la contrainte, obtenu selon le test d'impact à la tour de chute. On choisit comme valeur de la contrainte à rupture or_1 1 , à laquelle on va comparer l'enveloppe de contrainte maximale om_1 1 , la valeur de contrainte à 10% de probabilité de rupture sur le graphe de la figure 8, soit or_1 1 = 590 MPa.
Pour l'exemple 1 , par comparaison de la figure 6 avec la figure 8, on constate que l'enveloppe de contrainte maximale om_1 1 calculée à l'aide du modèle numérique FEJMP pour la feuille de verre 1 1 reste au cours du temps toujours strictement inférieure à une valeur de 450 MPa, ce qui est strictement inférieur à la contrainte à rupture or_1 1 d'une feuille de verre d'épaisseur 3 mm obtenue selon le test d'impact à la tour de chute. Cela permet de valider que la feuille de verre 1 1 du vitrage feuilleté 1 ne présente pas de risque de casse lors de l'impact à l'oiseau selon l'exemple 1 . En outre, une analyse analogue (non illustrée sur les figures) réalisée pour les feuilles de verre 13 et 15 d'épaisseur 8 mm du vitrage feuilleté 1 permet de valider que les feuilles de verre 13 et 15 du vitrage feuilleté 1 ne présentent pas non plus de risque de casse lors de l'impact à ^ l'oiseau selon l'exemple 1 . Le vitrage feuilleté 1 est donc considéré comme résistant à l'impact à l'oiseau selon l'exemple 1 (résultat : OK).
A contrario, pour l'exemple 2, par comparaison de la figure 7 avec la figure 8, on constate que l'enveloppe de contrainte maximale om_1 1 calculée à l'aide du modèle numérique FEJMP pour la feuille de verre 1 1 atteint au cours du temps une valeur de 600 MPa, ce qui est supérieur à la contrainte à rupture or_1 1 d'une feuille de verre d'épaisseur 3 mm obtenue selon le test d'impact à la tour de chute. Il en résulte que la feuille de verre 1 1 du vitrage feuilleté 1 présente un risque de casse lors de l'impact à l'oiseau selon l'exemple 2 et le vitrage feuilleté 1 est considéré comme ne résistant pas à l'impact à l'oiseau selon l'exemple 2 (résultat : NOK).
En variante, pour les exemples 1 et 2, pour chaque feuille de verre i du vitrage feuilleté 1 , il est également possible de comparer l'enveloppe de contrainte maximale om_i avec les résultats de probabilité de rupture d'une feuille de verre minéral de même composition verrière et même renforcement par trempe chimique que la feuille de verre i et de volume quelconque en fonction de la contrainte, obtenus selon le test de flexion par anneau sur tripode après indentation, en choisissant une profondeur d'indentation supérieure à la taille de défaut maximale du verre et inférieure à la profondeur de compression P résultant de la trempe chimique.
En particulier, pour chacune des feuilles de verre 1 1 , 13, 15 du vitrage feuilleté 1 , on peut utiliser le graphe de la figure 9 montrant la probabilité de rupture d'une feuille de verre minéral de même composition verrière et même renforcement en fonction de la contrainte, obtenu selon le test de flexion par anneau sur tripode après indentation avec une profondeur d'indentation comprise entre 5 et 25 μιτι. De manière très avantageuse, le graphe de la figure 9 peut être utilisé directement pour chacune des trois feuilles de verre 1 1 , 13, 15 du vitrage feuilleté 1 , car dans ce cas la probabilité de rupture est indépendante du volume de la feuille de verre. On choisit comme valeur de la contrainte à rupture or_i, à laquelle on va comparer l'enveloppe de contrainte maximale om_i, la valeur de contrainte à 10% de probabilité de rupture sur le graphe de la figure 9, soit or_i = 450 MPa.
Ici encore, pour l'exemple 1 , par comparaison de la figure 6 avec la figure 9, on constate que l'enveloppe de contrainte maximale om_1 1 calculée à l'aide du „ Λ
24 modèle numérique FEJMP pour la feuille de verre 1 1 reste au cours du temps strictement inférieure à 450 MPa, qui est la valeur de la contrainte à rupture or_1 1 obtenue selon le test de flexion par anneau sur tripode après indentation. Cela permet de valider que la feuille de verre 1 1 du vitrage feuilleté 1 ne présente pas de risque de casse lors de l'impact à l'oiseau selon l'exemple 1 . Une analyse analogue peut être réalisée pour les feuilles de verre 13 et 15. Le vitrage feuilleté 1 est donc considéré comme résistant à l'impact à l'oiseau selon l'exemple 1 (résultat : OK).
A contrario, pour l'exemple 2, par comparaison de la figure 7 avec la figure 9, on constate que l'enveloppe de contrainte maximale om_1 1 calculée à l'aide du modèle numérique FEJMP pour la feuille de verre 1 1 atteint au cours du temps une valeur de 600 MPa, ce qui est supérieur à la contrainte à rupture or_1 1 obtenue selon le test de flexion par anneau sur tripode après indentation. Il en résulte que la feuille de verre 1 1 du vitrage feuilleté 1 présente un risque de casse lors de l'impact à l'oiseau selon l'exemple 2 et le vitrage feuilleté 1 est considéré comme ne résistant pas à l'impact à l'oiseau selon l'exemple 2 (résultat : NOK).
Ces résultats sont bien conformes aux essais réels de tests destructifs à l'oiseau effectués sur le vitrage feuilleté 1 .
Il ressort des exemples précédents que la valeur de contrainte à rupture déterminée selon le test de flexion par anneau sur tripode après indentation fournit un critère plus sévère que celle déterminée selon le test d'impact à la tour de chute. En effet, avec le test de flexion par anneau sur tripode après indentation, on ajoute un défaut au verre, ce qui conduit à surévaluer la probabilité de rupture du verre. Il est alors possible d'ajouter un facteur X (X>1 ) à la valeur de contrainte à 10% de probabilité de rupture, ce facteur X étant choisi de manière empirique, en comparant aux observations faites sur des tests destructifs.
La figure 10 montre les étapes d'un procédé de fabrication du vitrage feuilleté 1 pour qu'il résiste à un impact à l'oiseau lorsqu'il est installé dans un cockpit d'avion. Ici encore, l'ordre des étapes de la figure 10 n'est pas impératif et peut faire l'objet de toute modification techniquement possible.
Les étapes 220, 230, 240, 250 du procédé de la figure 10 sont identiques respectivement aux étapes 120, 130, 140, 150 du procédé de la figure 3. Le procédé de la figure 10 diffère de celui de la figure 3 en ce que : ^
- à l'étape 210, on fournit un modèle géométrique CAD_GLZ_p du vitrage feuilleté 1 avec ses éléments environnants 3, 5, 7 qui est un modèle paramétré, en définissant en tant que paramètres du modèle l'épaisseur h_i des feuilles de verre i = 1 1 , 13, 15 et l'épaisseur h J des intercalaires polymériques j = 12, 14 du vitrage feuilleté 1 ;
- à l'étape 260, on calcule par analyse par éléments finis à l'aide du modèle numérique FEJMP l'enveloppe de contrainte maximale om_i_p sur chaque feuille de verre i = 1 1 , 13, 15 du vitrage feuilleté 1 en fonction de l'épaisseur hj des feuilles de verre et de l'épaisseur hj des intercalaires polymériques ;
- à l'étape 270, on ajuste l'épaisseur hj des feuilles de verre et l'épaisseur hj des intercalaires polymériques de telle sorte que l'enveloppe de contrainte maximale om_i_p sur chaque feuille de verre du vitrage feuilleté est strictement inférieure à la contrainte à rupture or_i de la feuille de verre obtenue selon une méthode sélectionnée pour correspondre au type de sollicitations d'un impact à l'oiseau ;
- à l'étape 280, une fois que les valeurs d'épaisseurs h_i et hj ajustées ont été calculées, on prépare les feuilles de verre i = 1 1 , 13, 15 et les intercalaires polymériques j = 12, 14 à ces épaisseurs hj, hj ajustées, et on les assemble de manière à former le vitrage feuilleté 1 .
Un tel procédé de fabrication de vitrage feuilleté garantit l'obtention d'un vitrage feuilleté 1 optimisé à la fois en termes de masse, de coût et de résistance à l'impact dans la configuration d'impact à l'oiseau définie à l'étape 250.
La figure 1 1 montre un système 30 selon l'invention, susceptible d'être utilisé pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment en lien avec la figure 3 pour vérifier que le vitrage feuilleté 1 intégré dans un cockpit d'avion en tant que glace latérale arrière résiste à un impact à l'oiseau, et/ou le procédé décrit ci- dessus en lien avec la figure 10 pour fabriquer le vitrage feuilleté 1 pour qu'il résiste à un impact un impact à l'oiseau lorsqu'il est installé dans un cockpit d'avion.
Le système 30 comprend une interface graphique utilisateur 31 , un module de modélisation des matériaux 32, un module de modélisation de l'impact 33 et un module de traitement 34.
En référence aux figures 3 et 10, l'interface graphique 31 est configurée pour afficher les modèles de l'impacteur et du vitrage feuilleté avec ses éléments ^
26 environnants obtenus aux étapes 1 10/210, 120/220, 130/230 ; fournir les données d'entrée aux étapes 140/240, 150/250 ; afficher les résultats de l'analyse par éléments finis à l'étape 170/270. Le module de modélisation des matériaux 32 est configuré pour stocker et gérer les données matériaux fournies à l'étape 140/240. Le module de modélisation de l'impact 33 est configuré pour stocker et gérer les données caractéristiques de l'impact fournies à l'étape 150/250. Le module de traitement 34 est configuré pour préparer le modèle numérique par éléments finis FEJMP à l'étape 130/230 ; réaliser l'analyse par éléments finis et calculer l'enveloppe de contrainte maximale om_i, om_i_p à l'étape 160/260 et, dans le cas du procédé de la figure 10, les valeurs d'épaisseurs h_i et hj ajustées à l'étape 270. Pour l'analyse par éléments finis, le module de traitement 34 utilise les données définies dans le module de modélisation des matériaux 32 et le module de modélisation de l'impact 33.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. En particulier, l'invention a été illustrée avec des exemples d'impacts à l'oiseau sur un vitrage feuilleté d'avion, mais il est bien entendu qu'elle est applicable pour tout type d'impact dynamique et tout type de vitrage comprenant au moins une feuille de verre, qu'il s'agisse d'un vitrage feuilleté ou non. Une condition importante pour la bonne mise en œuvre de l'invention est la sélection, pour déterminer la contrainte à rupture d'une feuille de verre, d'une méthode représentative des sollicitations associées au type d'impact considéré et d'une définition appropriée de la contrainte à rupture.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé non destructif de validation qu'un vitrage (1 ) installé dans une structure (7) résiste à un impact dynamique, le vitrage (1 ) comprenant au moins une feuille de verre (1 1 , 13, 15), caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis (FEJMP) du vitrage (1 ) installé dans la structure (7) et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement (MAT_i) du matériau constitutif de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15), on calcule l'enveloppe de contrainte maximale (om_i) sur au moins une feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage ;
- pour au moins la feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage, on compare l'enveloppe de contrainte maximale (om_i) à la contrainte à rupture (or_i) de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le vitrage (1 ) est un vitrage feuilleté comprenant un empilement d'au moins une feuille de verre (1 1 , 13, 15) et un intercalaire polymérique (12, 14), le procédé comprenant des étapes dans lesquelles :
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis (FEJMP) du vitrage feuilleté (1 ) installé dans la structure (7) et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement (MAT_i) du matériau constitutif de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15), une loi de comportement (VISCMODJ) du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique (12, 14), et une loi de comportement (INT_ij) de chaque interface entre une feuille de verre et un intercalaire polymérique, on calcule l'enveloppe de contrainte maximale (om_i) sur au moins une feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage feuilleté ;
- pour au moins la feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage feuilleté, on compare l'enveloppe de contrainte maximale (om_i) à la contrainte à rupture
(or_i) de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact.
3. Procédé de fabrication d'un vitrage (1 ) pour qu'il résiste à un impact dynamique lorsqu'il est installé dans une structure (7), le vitrage (1 ) comprenant au moins une feuille de verre (1 1 , 13, 15), caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis (FEJMP) du vitrage (1 ) installé dans la structure (7) et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement (MAT_i) du matériau constitutif de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15), on calcule l'enveloppe de contrainte maximale (om_i_p) sur au moins une feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage en fonction des dimensions (h_i, hj) du vitrage ;
- on ajuste les caractéristiques du vitrage (1 ) parmi ses dimensions (h_i, hj), le matériau constitutif de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15), , de telle sorte que l'enveloppe de contrainte maximale (om_i_p) sur au moins la feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage est strictement inférieure à la contrainte à rupture (or_i) de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact, tout en ayant un dimensionnement optimisé du vitrage ;
- on prépare et on assemble chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15) du vitrage avec les caractéristiques ajustées (h_i, hj).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vitrage (1 ) est un vitrage feuilleté comprenant un empilement d'au moins une feuille de verre (1 1 , 13, 15) et un intercalaire polymérique (12, 14), le procédé comprenant des étapes dans lesquelles :
- à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis (FEJMP) du vitrage feuilleté (1 ) installé dans la structure (7) et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement (MAT_i) du matériau constitutif de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15), une loi de comportement (VISCMODJ) du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique (12, 14), et une loi de comportement (INT_ij) de chaque interface entre une feuille de verre et un intercalaire polymérique, on calcule l'enveloppe de contrainte maximale (om_i_p) sur au moins une feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage feuilleté en fonction des dimensions (h_i, hj) du vitrage feuilleté ;
- on ajuste les caractéristiques du vitrage feuilleté (1 ) parmi ses dimensions (h_i, hj), le matériau constitutif de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15), le matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique (12, 14), la nature de chaque interface entre une feuille de verre et un intercalaire polymérique, de telle sorte que l'enveloppe de contrainte maximale (om_i_p) sur au moins la feuille de verre critique (1 1 , 13, 15) du vitrage feuilleté est strictement inférieure à la contrainte à rupture (or_i) de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture d'une feuille de verre sélectionnée en fonction du type d'impact, tout en ayant un dimensionnement optimisé du vitrage feuilleté ;
- on prépare et on assemble chaque feuille de verre (1 1 , 13, 1 5) et chaque intercalaire polymérique (12, 14) du vitrage feuilleté avec les caractéristiques ajustées (h_i, hj).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on obtient le modèle numérique par éléments finis (FEJMP) en réalisant un maillage de modèles géométriques de l'impacteur (CAD_BRD) et du vitrage avec ses éléments environnants (CAD_GLZ).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le maillage de modèles géométriques de l'impacteur (CAD_BRD) et du vitrage (CAD_GLZ) et le calcul de l'enveloppe de contrainte maximale (om_i) sur chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15) du vitrage sont réalisés à l'aide d'un logiciel d'analyse par éléments finis.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fournit en entrée, pour le calcul par éléments finis, les propriétés des matériaux de l'impacteur, du vitrage et des éléments environnants (MAT_BRD, MAT_i, VISCMODJ, LAW_SEAL) sur au moins les gammes de fréquences et de températures caractéristiques de l'impact.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fournit en entrée, pour le calcul par éléments finis, les caractéristiques de l'impact, notamment le lieu et l'angle d'impact de l'impacteur sur le vitrage, la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur, la masse de l'impacteur, la température de chaque composant.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la méthode sélectionnée pour déterminer la contrainte à rupture de la feuille de verre est un test d'impact à la tour de chute, un test de flexion par anneau sur tripode sans indentation ou un test de flexion par anneau sur tripode après indentation.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vitrage (1 ) comprend au moins une feuille de verre minéral renforcée par trempe chimique (1 1 , 13, 15) et la méthode sélectionnée pour déterminer la contrainte à rupture de la feuille de verre est un test de flexion par anneau sur tripode après indentation.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la profondeur d'indentation est choisie supérieure à la plus grande taille de défaut du verre et inférieure à la profondeur de compression résultant de la trempe chimique.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que le vitrage (1 ) est un vitrage feuilleté d'avion constitué d'un empilement de trois feuilles de verre (1 1 , 13, 15) et de deux intercalaires polymériques (12, 14) intercalés entre les feuilles de verre.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que le vitrage est un vitrage feuilleté d'hélicoptère constitué d'un empilement comprenant au moins une feuille de verre et un intercalaire polymérique.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vitrage (1 ) est un vitrage feuilleté comprenant un empilement d'au moins une feuille de verre (1 1 , 13, 15) et un intercalaire polymérique (12, 14) et la loi de comportement du matériau constitutif de chaque intercalaire polymérique (12, 14) du vitrage (1 ) est un modèle viscoélastique (VISCMODJ) déterminé en procédant aux étapes suivantes :
- on établit, à partir de résultats de DMA sur un échantillon de l'intercalaire polymérique (12, 14), la courbe d'évolution du module de conservation G'(f) du matériau en fonction de la fréquence pour différentes températures et la courbe d'évolution du module de perte G"(f) du matériau en fonction de la fréquence pour différentes températures ;
- à partir des données G'(f) et G"(f), on construit une courbe maîtresse pour les modules de conservation G' et de perte G" sur au moins les gammes de fréquences et de températures caractéristiques de l'impact, en utilisant par exemple la loi d'équivalence fréquence/température établie par la méthode WLF (Williams-Landel-Ferry) ; - on identifie les paramètres du modèle viscoélastique du matériau constitutif de l'intercalaire polymérique (12, 14), par identification d'une série de Prony sur la courbe maîtresse, sous la forme :
avec G0 le module instantané, gk les modules relatifs, rk les temps de relaxation.
15. Vitrage (1 ) destiné à résister a un impact dynamique donné lorsqu'il est installé dans une structure donnée, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes.
16. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution de tout ou partie des étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
17. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution de tout ou partie des étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
18. Terminal comportant un module de traitement (33) configuré pour :
- calculer par analyse par éléments finis l'enveloppe de contrainte maximale (om_i, om_i_p) sur chaque feuille de verre d'un vitrage installé dans une structure et soumis à un impact dynamique, où le vitrage comprend au moins une feuille de verre, à l'aide d'un modèle numérique par éléments finis (FEJMP) du vitrage installé dans la structure et soumis à l'impact, en utilisant une loi de comportement (MAT_i) du matériau constitutif de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15), et
- comparer l'enveloppe de contrainte maximale (om_i, om_i_p) calculée pour chaque feuille de verre du vitrage à une valeur de contrainte à rupture (or_i) de la feuille de verre obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture du verre sélectionnée en fonction du type d'impact.
19. Terminal selon la revendication 18, dans lequel le module de traitement (33) est également configuré pour :
- calculer par analyse par éléments finis l'enveloppe de contrainte maximale (om_i_p) sur chaque feuille de verre du vitrage en fonction des dimensions (h_i, hj) du vitrage, et - ajuster les dimensions (h_i, hj) du vitrage de telle sorte que l'enveloppe de contrainte maximale (om_i_p) calculée pour chaque feuille de verre du vitrage est strictement inférieure à la contrainte à rupture (or_i) de la feuille de verre, obtenue selon une méthode expérimentale de détermination de la contrainte à rupture du verre sélectionnée en fonction du type d'impact, tout en ayant un dimensionnement optimisé du vitrage.
20. Système (30) de validation par analyse par éléments finis qu'un vitrage (1 ) installé dans une structure (7) résiste à un impact dynamique, où le vitrage (1 ) comprend au moins une feuille de verre (1 1 , 13, 15), le système comprenant :
- une interface graphique (31 ), configurée pour afficher des modèles de l'impacteur (9) et du vitrage (1 ) avec ses éléments environnants (3, 5, 7), fournir des données en entrée pour l'analyse par éléments finis et afficher des résultats de l'analyse par éléments finis ;
- un module de modélisation des matériaux (32) de l'impacteur (9), de chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15) du vitrage (1 ), et des éléments environnants (3, 5, 7), pour définir les propriétés de ces matériaux sur au moins les gammes de fréquences et de températures caractéristiques de l'impact ;
- un module de modélisation de l'impact (33), pour définir notamment le lieu et l'angle d'impact de l'impacteur (9) sur le vitrage (1 ), la vitesse relative entre le vitrage et l'impacteur, la température de chaque composant ;
- un module de traitement (34), pour préparer le modèle numérique par éléments finis (FEJMP) du vitrage (1 ) installé dans la structure (7) et soumis à l'impact, réaliser l'analyse par éléments finis, calculer l'enveloppe de contrainte maximale (om_i, om_i_p) sur chaque feuille de verre (1 1 , 13, 15) du vitrage.
21 . Système selon la revendication 20, dans lequel le module de traitement
(34) utilise les données définies dans le module de modélisation des matériaux (32) et le module de modélisation de l'impact (33).
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