Agrégation externe SII - 2015 - Option SII et ingénierie mécanique - Épreuve de modélisation

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Support : Banc d'essai multi-axial

Suite au premier choc pétrolier de 1973, les compagnies aériennes ont demandé aux avionneurs de réduire le poids des appareils afin d'en diminuer la consommation de carburant. Cette nouvelle demande a incité les avionneurs à se tourner vers les matériaux composites. Cet engouement est dû principalement à la faible masse volumique des matériaux composites, mais également au fait qu'ils possèdent des propriétés physico-chimiques intéressantes (mécaniques, thermiques, chimiques...). Cela permet un allègement considérable des structures, qui entraîne une réduction de la consommation de carburant et des émissions de polluants. Dans un premier temps, les matériaux composites ont été développés sur les structures secondaires (pièces faiblement sollicitées), puis sur les surfaces de contrôle, et enfin sur les structures primaires (structures vitales) telles que la voilure ou le fuselage, comme c'est aujourd'hui le cas sur l'A350 ou le 8787.

Compte tenu des impératifs de sécurité auxquels sont soumises les structures d'un avion, le concepteur doit avoir une idée précise des dégradations susceptibles de se produire en leur sein, et ce jusqu'à la ruine (c'est-à-dire la perte des fonctions de rigidité et de résistance mécanique) de la structure. L'acquisition de cette connaissance passe notamment par de nombreuses campagnes d'essais de caractérisation à différentes échelles. Une démarche de caractérisation par la capacité d'appliquer une sollicitation multiaxiale à une structure composite est l'objet de l'étude menée dans ce sujet.

Études proposées :

Les études proposées dans les différentes parties du sujet sont donc structurées autour de la problématique globale d'amélioration des connaissances pour la réparation des matériaux composites, Pour cela, elles s'intéressent à la caractérisation d'un essai sur une éprouvette en matériau composite.

Dans un premier temps, une analyse globale du banc d'essai sera menée afin de valider son utilisation pour la caractérisation mécanique du comportement d'éprouvettes réparées en matériau composite.

Par la suite, un modèle pour le calcul de prédétermination des roulements de la liaison pivot entre la rotule et le quadrangle sera fourni afin de valider le dimensionnement des roulements.

Puis, un modèle du comportement séquentiel du système sera élaboré ainsi qu'un modèle de commande des actionneurs afin de déterminer les ordres à envoyer à la chaîne d'énergie en fonction du déplacement souhaité sur l'éprouvette.

Enfin, une analyse approfondie d'essais sera menée. Pour cela, différents modèles de l'éprouvette seront étudiés et les hypothèses faites seront analysées. Puis, des données réelles d'essai seront traitées. Les moyens de mesure feront également l'objet de l'étude.

Une dernière partie clôt le sujet à travers l'élaboration d'une synthèse décrivant et justifiant la démarche mise en oeuvre pour répondre à la problématique globale.