Rapport scientifique ANR BOOST (Projet ANR-21-CE43-0008) : Le BOis pOur les STructures de Véhicules
Résumé
BOOST: Scientific Building Blocks for the Development of Wood in Vehicle Structures A Societal and Engineering Challenge. Wood has been used by humans for transportation purposes since the invention of the wheel around 4,000 years ago. Its remarkable performance and performance in terms of lightweight structures were widely used in aviation, but also in automobiles, occasionally in competition [1] until the 1970s. It was only since the beginning of the 20th century that it fell into disuse due to the industrial production of concrete, steel, and plastics. However, with global warming becoming undeniable, the societal challenge of decarbonizing transportation could bring wood back into the spotlight. The overall objective of the ANR BOOST is to demonstrate the feasibility of using wood, in the form of veneers, as a structural material for vehicles. Its main advantages are its good mechanical properties relative to its density and its advantageous environmental impact when produced and processed locally. BOOST is particularly targeting plywood for its low cost and the transport sector, with particular interest in the aeronautics, naval, automotive and railway industries. Wood in the form of plywood: a complex material and a vast field of research. Research on timber structures has mainly focused on glued laminated timber due to its widespread use in civil engineering. As a result, the number of studies on plywood or wood laminates is very low. The material obtained by laminating unrolled plies combines the complexities of wood (orthotropy, property gradients, non-linear behavior, sensitivity to humidity, singularities), the effects of unrolling (unrolling cracks, grain orientations, densification) and the nature of the laminate, similar to composites based on technical fibers. As a result, there is a vast and virgin scientific field in all areas of structural mechanics for these materials and it is appropriate, as the scientific results have shown, to start from scratch by adapting the elementary characterizations and the theory of composite laminates. Major results of the project. The chosen material was poplar grown in agroforestry, sourced from the same plot and supplied by Cluny due to its low cost and availability. Composite methods could not be applied directly to wood laminates, so it was necessary to: •Characterize the poplar laminates, taking into account the effect of grain slope, the influence of the number of plies, the effect of glue, and densification. A new law was proposed. [2] •Characterize the interfaces glued in modes 1 and 2 in the LVL by studying the influence of ply orientation at this same interface. [3, 4] •Study the effect of the presence of a hole on the mechanical behavior of wood laminates and propose the point-stress method [5] •In parallel, compression buckling tests on birch-balsa sandwiches were conducted with Mauboussin aircraft. [6] It is important to understand the characteristics of the plies (or veneers, in the terminology of the field) that make up these laminates. Studies have also been conducted on: •Automated crack measurement using deep learning to improve the accuracy and repeatability of this measurement, which is usually performed manually [7]. •Study the influence of the peeling crack rate of veneers on the mechanical performance of the products. •Determine local density at the millimeter scale using terahertz wave imaging, which has the advantage of being non-ionizing but whose interactions with the wood material are still little studied [8, 9]. Scientific production. The BOOST program will ultimately generate nine international publications, two plenary conferences, and thirteen presentations at national and international conferences. The program was also the subject of annual progress reports with the monitoring committee, composed of the following private companies and organizations: • Airbus Avion • Daher Socata Tarbes • Ministry of the Armed Forces, DGA • Naval Group • Segula Ingénierie • Renault Group • Union of Plywood Panel Industries • CNES (National Center for Space Studies) • Aura Aéro • Elixir Aircraft • Garnica: Francisco Medina, Wood Optimization Manager • Mauboussin Aircraft In terms of popularization, an article was published in “The Conversation” and presentations were made during days dedicated to sustainable development in establishments.
BOOST : Des briques scientifiques pour le développement du bois dans les structures de véhicules Un enjeu sociétal et d’ingénierie. Le bois a toujours été utilisé par l’homme pour ses besoins de transports depuis l’invention de la roue il y a environ 4000 ans. Son utilisation et ses performances remarquables en termes de structures légères ont été largement utilisées dans l’aviation mais aussi dans l’automobile ponctuellement en compétition [1] jusque dans les années 1970. Ce n'est que depuis le début du XXe siècle qu'il est tombé en désuétude en raison de la production industrielle de béton, d'acier et de matières plastiques. Cependant, avec le réchauffement climatique devenu indéniable, l'enjeu sociétal de la décarbonation des transports pourrait remettre le bois sur le devant de la scène. L’objectif général de l’ANR BOOST est de faire la démonstration de la possibilité de l’utilisation du bois, sous forme de placages, pour son utilisation comme matériau structurel pour les véhicules. Ses principaux atouts sont ses bonnes propriétés mécaniques rapportées à sa masse volumique et son impact environnemental avantageux lorsqu’il est produit et transformé localement. BOOST cible plus particulièrement les contreplaqués pour leur faible coût et le domaine des transports, en s’intéressant notamment à l’aéronautique, au naval, à l’automobile et au ferroviaire. Figure 1 : Le mosquito (connu sous le surnom de « merveille en bois » et la fabrication des deux demi fuselages (2 images de gauche) ainsi que la Costin-Nathan à châssis bois, 1100 cm3, 410 kg qui a couru Le Mans en 1967 [1]. Le bois sous forme de contreplaqué : un matériau complexe et un vaste champ de recherche. Depuis 50 ans, la recherche sur les structures bois s’est surtout consacrée aux bois lamellés-collés dû à leur large utilisation en génie civil. De ce fait le nombre d’études sur les structures à base de contreplaqués ou de stratifiés bois est très faible. Le matériau obtenu par stratification de plis déroulés cumule à la fois les complexités du bois (orthotropie, gradients de propriétés, comportements non linéaires, sensibilité à l’humidité, singularités), les effets du déroulage (fissures de déroulage, orientations des fibres, densification) et la nature du stratifié à l’image des composites à base de fibres techniques. De ce fait, il existe un champ scientifique vierge et vaste sur tous les domaines de la mécanique des structures pour ces matériaux et il convient, comme l’ont montré les résultats scientifiques obtenus, de tout reprendre en détail en adaptant les caractérisations élémentaires et la théorie des stratifiés utilisée actuellement dans les composites. Principales contributions de BOOST. Le matériau choisi a été du peuplier élevé en agroforesterie, provenant de la même parcelle et fourni par l’ENSAM de Cluny à cause de son faible cout et de sa disponibilité. Les méthodes habituellement utilisées pour les composites n’ont pas pu être directement transposées aux stratifiés bois, aussi il a été nécessaire de : -- Caractériser les stratifiés de peuplier, en prenant en compte l’effet de la pente de fil, de l’influence du nombre de plis, de la colle et de la densification des plis. Une nouvelle loi a été proposée. [2] -- Caractériser les interfaces collées en mode 1 et 2 dans le LVL en étudiant l’influence de l’orientation des plis à cette même interface. [3, 4] -- Étudier l’effet de la présence d’un trou sur le comportement mécanique des stratifiés bois et proposer la méthode point-stress [5] -- En parallèle, avec les avions Mauboussin, des essais de flambement en compression sur des sandwichs bouleau-balsa ont été réalisés. [6] Il est important de maitriser les caractéristiques des plis (ou placage selon la terminologie du domaine) constituants ces stratifiés, aussi des études ont aussi été menées visant à : -Mesurer de manière automatisée des fissures par apprentissage profond afin d’améliorer la justesse et la répétabilité de cette mesure, habituellement effectuée manuellement. -Etudier l’influence du taux de fissures de déroulage des placages sur les performances mécaniques des produits -Déterminer la masse volumique locale à l’échelle millimétrique par imagerie par ondes térahertz, qui ont l’avantage d’être non-ionisantes mais dont les interactions avec le matériau bois sont encore peu étudiées. Production scientifique. Le programme BOOST aura généré à terme une dizaine de publications internationales, 2 conférences plénières et treize présentations dans des congrès nationaux et internationaux. Le programme a aussi fait l’objet de points d’étapes annuels avec le comité de suivi composé pour mémoire des sociétés privées et organismes suivants : •Airbus Avion •Daher Socata Tarbes •Ministère des Armées, DGA. •Naval Group. •Segula Ingénierie. •Groupe Renault. •Union des Industries du Panneau Contreplaqué. •CNES (Centre National des Etudes Spatiales). •Aura Aéro. •Elixir Aircraft. •Garnica •Avions Mauboussin En termes de vulgarisation, un article a été publié dans « The Conversation » et des présentations ont été faites lors de journées dédiées au développement durable dans les établissements.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|---|
| Licence |
