Modélisation des assemblages de ballons pressurisés stratosphériques
Résumé
Long duration super-pressure balloon design and manufacturing is a great challenge for the CNES in scientific ballooning. They are made of thin polymer films which are joined with thermo-adhesive bands. To date, during flight missions, a real problem appears: some balloons explode prematurely. This study deals with the mechanical behaviour of the assembly of the constitutive parts. Firstly, a nanoindentation test campaign makes it possible to identify the elastic properties of the materials directly in the assembly. Then, we simulate a nominal assembly in 2D and 3D approaches. Finally, we use the factorial design method and finite element models to study the influence of the various conception parameters on the mechanical behaviour of the assembly.
La modélisation et la fabrication des ballons pressurisés stratosphériques longue durée à usage scientifique sont un défi pour le CNES. Les ballons sont constitués de plusieurs fuseaux de film polymère, assemblés entre eux par des rubans thermo-adhésifs. A ce jour, un problème majeur apparaît lors des missions de vol se traduisant pour certains ballons par une destruction prématurée. Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique des assemblages des films polymères qui constituent l'un des points faibles présumé des ballons. Dans un premier temps, une campagne d'essais de nanoindentation nous permet d'identifier les propriétés élastiques des matériaux, une fois les matériaux assemblés. Dans un second temps, nous modélisons un assemblage nominal en approche 2D puis 3D. Enfin, à l'aide de la méthode des plans d'expériences et de simulations éléments finis, nous étudions l'influence des paramètres de conception sur la tenue mécanique de l'assemblage.
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