Behaviour of carbon materials under intense dynamic loading : analogy between laser irradiations and hypervelocity impacts

Comportement de matériaux carbonés sous sollicitations dynamiques intenses : analogie entre irradiations lasers et impacts hypervéloces

Aubert Bertrand (1)

1 PIMM - Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux

The study of hypervelocity impacts (HVI) is essential in many fields such as aerospace, cosmology or defense. To reproduce them in laboratory, it is usual to use gas or powder launchers. However, this type of facility is limited to impact velocities under 10 km/s for projectiles of millimeter size. In order to study higher velocities, it is necessary to consider alternative means. In this study, we demonstrate that an analogy is possible between laser irradiations and HVI. To do this, experimental data were obtained on the HERMES launcher and the GCLT laser facility. Two target materials were considered: 6061-T6 aluminum and EDM3, a porous graphite. By numerical simulation, we spatially and temporally characterized the pressure fields generated on the surface of the targets by a projectile and a laser. It allowed us to propose and validate a procedure to link HVI and laser shots. Finally, an experimental campaign was carried out on the LULI2000 laser facility to study impact velocities up to 32 km/s.

L’étude des impacts hypervéloces (IHV) est essentielle dans de nombreux domaines tels que l’aérospatial, la cosmologie ou l’armement. Pour les reproduire en laboratoire, il est usuel d’utiliser des lanceurs à gaz ou à poudre. Toutefois, ce type de moyen se limite à des vitesses d’impact de l’ordre de 10 km/s pour des projectiles millimétriques. Afin d’étudier des vitesses plus élevées, il faut se tourner vers des moyens alternatifs. Dans cette étude, nous démontrons qu’une analogie est possible entre irradiations laser et IHV. Pour parvenir à ce résultat, des données expérimentales ont été obtenues sur le lanceur HERMES et sur l’installation laser GCLT. Deux matériaux cibles ont été considérés : l’aluminium 6061-T6 et l’EDM3, un graphite poreux. Par simulation numérique, nous avons caractérisé spatialement et temporellement les champs de pression générés en surface des cibles par un projectile et par un laser. Cela nous a permis de proposer et de valider une procédure permettant de lier IHV et essais laser. Pour finir, une campagne expérimentale été réalisée sur l’installation laser du LULI2000 afin d’étudier des vitesses d’impact pouvant atteindre 32 km/s.

Mots clés: Laser; Graphite; Hypervelocity impacts

Mots clés: Laser; Impacts hypervéloces; Graphite

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Aubert Bertrand. Comportement de matériaux carbonés sous sollicitations dynamiques intenses : analogie entre irradiations lasers et impacts hypervéloces. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2018. Français. ⟨NNT : 2018ENAM0065⟩. ⟨tel-02073146⟩