Contexte

La sécurité des occupants d’un véhicule est notamment régie par la norme ECE-R21.
Le nom complet de cette norme est « Prescriptions uniformes relatives à l’homologation des véhicules en ce qui concerne leurs aménagements intérieurs. »
Son objectif est de limiter les blessures des occupants lorsqu’ils viennent heurter des éléments de l’habitacle.
Il vise notamment à éviter que ces éléments présentent des arêtes vives ou des parties rigides susceptibles de provoquer des blessures.

C’est notamment le cas des chocs pouvant survenir contre un pare-soleil.

Dans le cadre de l’application de cette norme, nous avons réalisé une simulation numérique FEA de chocs afin d’évaluer le comportement du pare-soleil lors d’un impact.

Objectif

L’objectif de cette étude est de vérifier le comportement mécanique d’un pare-soleil soumis à un essai d’impact conformément aux exigences de la norme ECE-R21.

La simulation numérique FEA de chocs (dynamique rapide) est particulièrement adapté dans ce contexte car elle permet d’optimiser la conception du pare-soleil avant les essais physiques.
En effet, la validation définitive se fait par l’intermédiaire d’essais physiques : le test du pendule.
Il ne s’agit pas de réaliser un crash complet du véhicule, mais d’un essai au cours duquel un pendule instrumenté vient percuter la pièce à tester.

Aujourd’hui, les équipementiers ne se contentent généralement plus de fabriquer un prototype et d’espérer qu’il valide l’essai. Ils privilégient la simulation numérique FEA en amont, afin de réduire le nombre d’itérations entre la conception et les essais physiques. 

Avant la campagne d’essais, la simulation numérique FEA de chocs est réalisé à l’aide de logiciels spécialisés, en l’occurrence HyperMesh pour la préparation du modèle et RADIOSS pour le calcul dynamique explicite.

Ces simulations permettent d’estimer :

• la déformation de la pièce,
• l’absorption d’énergie,
• les accélérations de l’impacteur,
• les zones susceptibles de rompre.

Cela réduit considérablement le nombre de prototypes nécessaires ainsi que le nombre d’essais physiques.

Description

• Les critères retenus pour l’évaluation de la conception du pare-soleil sont les suivants :
  – La décélération du projectile ne doit pas dépasser 80g pendant 3ms.
  – Aucune partie du pare-soleil ne doit devenir un projectile susceptible de blesser un passager.
• Définition de la simulation numérique FEA de chocs : 
  La simulation numérique FEA de chocs consiste à projeter une tête normalisée sur le pare-soleil à une vitesse de 24 km/h
• Paramètres de la simulation :
  Temps de simulation: 50ms
  Impacteur : sphère de 165mm de diamètre,
  masse de l’impacteur : 6,8kg
• Trois points d’impacts sont simulés :
  Point 3 : impact au centre du pare-soleil
  Points 4 et 5 : impact sur les parties latérales, gauche et droite du pare-soleil
• Pour chaque cas de simulation numérique FEA de chocs, le critère de décélération de la tête est validé.
  En revanche, le cas « Point 3 » n’est pas conforme, le pare-soleil se détachant et devenant un projectile.
  Les cas Point 4 et Point 5 satisfont quant à eux l’ensemble des critères de validation.
• À l’issue de cette étude, les ingénieurs calcul du groupe SOLSI ont formulé plusieurs recommandations visant à améliorer la conception du pare-soleil et à limiter le nombre d’itérations de calcul avant la validation finale.