Contribution à l’étude et à la modélisation du comportement dynamique des emballages

Abstract

Résumé : Cette thèse présente une étude expérimentale et numérique d’essais de chute libre et de vibration aléatoire d’emballages en carton ondulé contenant différents calages en mousse. Un modèle d’homogénéisation efficace pour le carton ondulé a été développé. Dans ce modèle homogénéisé, le carton ondulé est représenté par une plaque 2D. Au lieu d’utiliser une loi de comportement locale (reliant les déformations aux contraintes) à chaque point d’intégration, l’homogénéisation conduit aux rigidités globales (reliant les déformations généralisées aux forces résultantes) pour la plaque équivalente homogène. Ce modèle a été implémenté dans le logiciel Abaqus. Le comportement de la mousse a été déterminé expérimentalement et modélisé avec un modèle de mousse déformable d’Abaqus. Les emballages sont soumis à des tests de chute libre d’une hauteur donnée sur un sol rigide et des essais de vibration aléatoire type bruit blanc sur table vibrante. Les résultats numériques obtenus en utilisant la simulation avec le modèle homogénéisé concordent bien avec les résultats expérimentaux. Nous avons également montré que la contribution de la caisse en carton ondulé à la réponse au choc et à la vibration aléatoire ne pouvait pas être négligée dans la conception des calages. Mots clés : modèle d’homogénéisation, plaques en sandwich orthotropes, rigidité de torsion, rigidité de cisaillement dans un plan, rigidité de cisaillement transverse, essais de chute, carton ondulé, simulation par Eléments Finis, mousses de calage, vibration aléatoire, Densité Spectral de Puissance. ----------------------------------------------Abstract This thesis presents experimental and numerical studies of drop tests and random vibration of corrugated cardboard packaging containing different foam cushions. An efficient homogenization model for the corrugated cardboard has been developed. In this homogenized model, the corrugated cardboard is represented by a 2D plate. Instead of using a local constitutive law (relating the strains to the stresses) at each material point, the homogenization gives the global rigidities (relating the generalized strains to the resultant forces) for the equivalent homogeneous plate. This model was implemented into the FE software Abaqus. The foam behaviour was experimentally determined and modelled using a crushable foam model of Abaqus. The packages are tested in free fall from a given height on a rigid floor and white noise random vibration. The numerical results obtained using the FE simulation with the homogenized model agree well with the experimental results. We have also shown that the contribution of the corrugated cardboard box to the shock and random vibration responses could not be neglected in the design of cushioning package. Keywords : homogenization model, orthotropic sandwich plates, torsion rigidity, in-plane shear rigidity, transverse shear rigidity, drop tests, corrugated cardboard, Finite Element simulation, cushions foam, random vibration, Power Spectral Density.