Dans le cadre du règlement de la Formula Student il est nécessaire de concevoir un atténuateur d'impact qui aura pour fonction de réduire la décélération subie par le pilote en cas d'accident.
Ainsi pour pouvoir concourir, le règlement nous impose une « crash box » permettant à un véhicule de 300 Kilogrammes lancé à 7 mètres par secondes (25 Km/h) contre un mur de ne pas dépasser une décélération de 20G de moyenne et 40G en crête. De plus les résultats doivent être vérifiés par un essai, c'est a dire en détruisant un atténuateur.
La première partie de la conception a consisté à calculer, la distance de décélération, la longeur totale de l'atténuateur, l'énergie à dissiper et la force que le véhicule exercera sur la « crash box » lors du choc en créant une feuille de calcul.
Nous avons obtenu du nid d'abeille en aluminium couramment utilisé pour ce type d'application, mais dans une recherche d'innovation et dans le but de corriger certains défauts du nid d'abeille ( pré-contrainte élevée, comportement anisotrope (dépendant de la direction ), coût...), nous avons recherché des solutions alternatives.
Après une analyse approfondie et de nombreux calculs notre choix c'est porté sur la mousse polyuréthane (PU) rigide qui théoriquement comporte de nombreux atout comme:
- Faible coût,
- Forte disponibilité,
- Comportement isotrope,
- Fabrication aisé,
- Pré-contrainte négligeable.
Contrairement à une idée répandu, la mousse souple est moins adapté à absorber l'énergie d'un choc car celle-ci travail dans le domaine élastique ce qui implique une augmentation de la contrainte avec l'enfoncement, mais également une restitution de l'énergie absorbé après choc comme vous pouvez le voir dans cette vidéo.
Nous avons commencé les tests statiques sous presse avec le nid d'abeille et la courbe obtenu est classique pour ce type de matériaux avec une pré-contrainte très élevée et une décélération constante lors de l'écrasement.
Ensuite ce fut au tour de l'échantillon de polyuréthane rigide d'une densité fixée d'être testé. La pré-contrainte fut légèrement supérieur a nos estimation mais bien inférieur a ce que l'on retrouve avec du nid d'abeille et très acceptable. Dans l'ensemble ce teste nous a permis de validé nos calculs et ainsi de pouvoir passer à la réalisation d'un modèle à l'échelle réel. On peut également observer sur la courbe ci-dessous, la caractéristique intéressante de la mousse PU rigide ou arrivé à un certain seuil la contrainte augmente de façon exponentielle. Ceci permet en cas d'accident plus violent que prévue de conserver une décélération convenable.
L'essai sur l'atténuateur finale fut également satisfaisant et après le dépouillement des résultats bruts nous obtenons une valeur de décélération moyenne de 17,9 G et maximale de 25,5 G, ce qui est très satisfaisant.
les « rides » visibles sur les photos sont formées par la résine de protection contre l'humidité.
Ces essais nous nous ont donnés pleine satisfaction et nous somme fière d'avoir conçu un atténuateur d'impact aux caractéristiques innovantes avec un matériau des plus classique, utilisé à l'origine pour l'usinage de moule.
Nous tenons également à remercier tous particulièrement Abyla pour la fourniture gracieuse de la mousse, le personnel du laboratoire de mécanique des solides de Polytechnique pour la réalisation de nos essais en compression et notre professeur Mme Eveline Hervé pour ses conseils.
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