Analyse expérimentale et numérique d’un stabilisateur d’avion léger

Le laboratoire de mécanique des structures et des systèmes couplés (Lmssc) est une unité de recherche du Conservatoire national des arts et métiers. Il a été créé en 1997 et est reconnu par le ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche en tant qu'équipe d’accueil (EA 3196).

Les travaux qui y sont menés concernent le développement de modèles robustes pour la prévision et la réduction des réponses dynamiques de systèmes couplés à l'aide de traitements adaptatifs. Les résultats de ces recherches s'adressent principalement au monde académique, aux centres de recherche et aux services R&D des industries de pointe. Ces activités ont également des retombées sur les enseignements réalisés au sein des différents cursus d'ingénieur du Cnam en mécanique.

L'équipe collabore de façon privilégiée avec le milieu aéronautique et spatial, via des contrats de recherche et des bourses de thèses. Le Lmssc participe également à divers projets européens et internationaux.

Le Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (LMSSC) du Cnam s'est équipé, il y a quelques années, en lien avec l'équipe pédagogique de mécanique, d'un avion léger commercialisé en kit (ZODIAC Zenair CH601HDS) . Cet avion, et en particulier son stabilisateur, est actuellement au cœur de développements d'applications pédagogiques et de recherche au travers de dispositifs immersifs (projet ANR JENII) en lien avec la dynamique des structures. Des modélisations numériques de complexités variables sont actuellement en cours de développement au LMSSC pour simuler le comportement dynamique du stabilisateur. Dans le but de confronter ces modèles aux mesures, une importante campagne expérimentale doit être menée. Cette dernière s'articulera autour de l'emploi de moyens d'essai disponibles au laboratoire (bancs d'acquisition pour la dynamique, accéléromètres, caméras rapides...).

Comme de très nombreuses structures aéronautiques, le stabilisateur est une pièce critique qui, bien que bénéficiant de certifications allégées par rapport à une structure d'avion commercial par exemple, doit de par la complexité des phénomènes physiques qui y trouvent siège (assemblage par rivetage, structure mince, comportement en fonctionnement sujet à cyclage et à des sollicitations dynamiques importantes...), être étudiée avec soin. Des travaux actuels visent (1) à modéliser les spécificités physiques liées à la technologie d'assemblage sur la réponse dynamique de la structure dans son ensemble et (2) à être capable de simuler la réponse dynamique de la structure de manière efficiente. En particulier, la prise en compte des comportements non linéaires aux interfaces entre pièces s'avère cruciale. De part, le caractère innovant des approches, les importantes incertitudes de ce type de structures assemblées et le peu de recul disponible sur la modélisation, seuls des résultats expérimentaux permettront de recaler et valider les modèles numériques choisis.

Actuellement en cours de finalisation d'assemblage dans les locaux du LMSSC, le stabilisateur devra être pris en main par le candidat retenu pour le stage. Une première phase d'analyse numérique de la structure sera conduite (sur la base d'une CAO et modélisation disponible au laboratoire) afin de déterminer les éléments à mettre en jeu pour réaliser la campagne expérimentale dans les meilleures conditions. Une seconde phase consistera en la mise en œuvre du banc expérimental et la montée en maîtrise des outils, actionneurs, capteurs et logiciels permettant la conduite des essais. Durant cette phase, une première étude d'un sous-ensemble \emph{simple} sera réalisée. Cette dernière conduira à fournir des premiers résultats d'essais qui pourront conduire à des confrontations avec les modèles numériques avancés actuellement en développement au LMSSC. Dans la continuité de ces travaux, la démarche expérimentale retenue sera conduite sur le stabilisateur complet. En particulier, l'influence de certains paramètres sur la réponse dynamique de la structure sera étudiée et comparée aux modèles numériques. Les résultats de cette étude permettront de recaler les modèles numériques et de les valider.

Sujet complet visible via le lien: http://r.cnam.fr/subject-stab

L'ensemble des travaux à réaliser durant ce stage nécessitera une appétence pour la conduite d'essais expérimentaux en dynamique des structures. Une précédente expérience dans ce domaine serait un plus. La maîtrise d'un ou des outils de modélisation numérique (CATIA V5, Nastran, LS Dyna...) est également souhaitée. Le candidat devra être autonome, rigoureux et organisé. Il devra également être capable de travailler en équipe et de communiquer ses résultats de manière claire et synthétique à intervalles réguliers.

Le candidat doit être en préparation d'un Master 2 ou être en dernière année de formation ingénieur avec une majeure orientée mécanique des structures.