Dans le cadre de la conception des structures aéronautiques et de la modélisation de leur tenue mécanique, la représentation des comportements non linéaires locaux conduisant à la rupture est nécessaire et notamment ceux des liaisons. Ainsi en situation de crash survivable, les liaisons sont soumises à des charges dynamiques qui peuvent conduire à la rupture et à la désarticulation. Pour caractériser la tenue au crash des assemblages rivetés, une méthodologie dite de 'plans d'expérience numériques' est proposée ; son intérêt est de limiter le coût des procédures expérimentales. Fondée sur les techniques de modélisation par éléments finis et d'optimisation par méthode inverse, la méthode repose sur la détermination des paramètres du comportement non linéaire et à la rupture des matériaux constitutifs de la liaison rivetée. Le développement de l'outil informatique d'optimisation est présenté dans la première partie du mémoire. Les modèles de comportement de deux alliages d'aluminium composant l'assemblage sont identifiés grâce à l'optimiseur. Ils seront utilisés pour mener les simulations de différents essais effectués sur les assemblages. L'évaluation des contraintes et des déformations résiduelles dues au procédé de rivetage est abordée dans la deuxième partie. Les mécanismes de mise en forme des rivets sont analysés expérimentalement. Des simulations sont d'autre part entreprises à l'aide du code de calcul explicite PAM-SOLID(TM), afin d'introduire, une fois validées, les contraintes et les déformations résiduelles post-rivetage dans le calcul de la tenue mécanique de l'assemblage. La faisabilité des plans d'expérience numériques est démontrée dans la troisième partie. Les paramètres d'endommagement du modèle de Gurson sont identifiés par méthode inverse pour les deux matériaux composant l'assemblage. La qualité de l'ensemble des résultats obtenus permet notamment d'envisager l'emploi de l'outil de simulation dans le cadre de la caractérisation de modèles équivalents macroscopiques du rivet. Ces techniques de modélisation simplifiée des liaisons sont abordées dans la dernière partie. Un critère de rupture de la liaison est caractérisé par l'expérience à l'aide du dispositif ARCAN et par plan d'expérience numérique. Un nouveau modèle non linéaire de la liaison est développé dans le code de calcul PAM-SOLID(TM) et ses paramètres identifiés. L'ensemble des résultats obtenus est finalement appliqué à la simulation de l'écrasement d'une structure comportant 700 rivets.

La thèse s’inscrit dans un axe de recherche visant à améliorer l’analyse par éléments finis (EF) des structures aéronautiques soumises au crash et à l’impact. L’étude s’intéresse, en particulier, à la modélisation des assemblages rivetés dans les calculs de structures, qui sont des zones de concentrations de contraintes propices à l’initiation de ruptures. Si la rupture de la fixation est maîtrisée, les modes de rupture dus aux perforations sont, quant à eux, difficiles à simuler dans un calcul sur structure complète. Afin de prendre en compte avec précision l’influence des perforations sur la réponse mécanique de telles structures, un super-élément perforé à 8 nœuds a été formulé lors d’une précédente thèse. Cependant, sa frontière interne est analytique et libre de chargement, ce qui rend difficile la connexion avec un élément rivet, et donc la modélisation de l’assemblage. L’étude proposée ici consiste donc à développer un super-élément perforé qui soit capable de tenir compte de l’influence de la perforation sur les champs mécaniques, d’une part, et qui soit formulé de façon à rendre possible l’interaction avec un macro-élément rivet, d’autre part. / The thesis is made in a context which consists in improving the finite element (FE) analysis of full-scale aircraft structures subjected to crash and impact loadings. The study is focused, in particular, on the rivetedassemblies modeling in structural computations, which are stress concentrations areas where ruptures initiation can occur. If the fastener rupture is mastered, the rupture modes due to perforations are, however, difficult to simulate in a complete structure computation. In order to accurately take into account the perforations influence on the mechanical response of such structures, a perforated super-element featuring 8 nodes have been formulated in a previous thesis. Nevertheless, its internal boundary is analytic and free of loads, which makes difficult the connection with a rivet element, and consequently the assembly modeling. The study proposed here consists in the developement of a perforated super-element which is, on the one hand, able to take into account the perforation influence on the mechanical fields, and which is, on the other hand, formulated such as the interaction with a rivet macro-element is possible.

L'accroissement des performances des équipements de Traction ferroviaire, reposait essentiellement jusqu'à maintenant, sur l'intégration des innovations dans le domaine des composants électriques et des matériaux diélectriques mais la standardisation de sous-ensembles réutilisables nous conduit à reconsidérer les assemblages structuraux des coffres de traction (convertisseurs de puissance). Ces coffres de traction sont assemblés actuellement avec des éléments de fixation mécanique (boulon, rivet), le but est donc d'améliorer la connaissance des comportements mécaniques de ces types d'assemblages à travers d'une étude expérimentale basée sur des essais statiques et dynamiques sur des joints boulonnés et rivetés. Ces essais nous ont permis de valider des modèles numériques par des éléments finis en utilisant les codes de calcul ABAQUS et ANSYS. La deuxième partie de la thèse concerne les assemblages par collage structural. Nous avons étudié la possibilité de remplacer les assemblages mécaniques classiques par l'assemblage par collage structural. La première phase de notre travail a été de recenser et sélectionner des adhésifs structuraux susceptibles de répondre à notre cahier de charge. Dans cette partie les travaux suivants ont été réalisés : - Etude des comportements des adhésifs en tant que matériau, ce qui a nécessité de réaliser des éprouvettes massiques. - Réalisation d'essais expérimentaux en statique et en dynamique sur des joints collés avec l'adhésif sélectionné. - Création des modèles numériques non linéaires en 3D sur ABAQUS pour les joints collés. - Etude hygrothermique accélérée afin d'étudier l'effet du vieillissement sur les assemblages collés en fonction de l'humidité et de la température. / Increased performance of railway traction equipment, until now relied primarily on the integration of innovations in the field of electrical and dielectric materials, but the standardization of subassemblies reusable us to reconsider the structural assemblies of the traction cubicles (power converters). These cubicles are assembled now with mechanical fasteners (bolts, rivets), the first goal is to improve knowledge of the mechanical behaviour of these types of joints through an experimental study based on statics and dynamics tests of bolted and riveted joints. These tests have allowed us to validate numerical models of finite elements by using the computer codes ABAQUS® and ANSYS®. The second part of the thesis deals with the structural adhesive joints. We studied the possibility of replacing conventional mechanical assembly structural bonding. The first phase of our work was to identify and select structural adhesives that could meet our specifications. In this section the following work has been made: - Study of thermo-mechanical behaviour of the adhesive with the bulk Adhesive Test Specimens. - Statics and dynamics test in the bonded joint. - Non-linear 3D finite elements models. - Hygrothermal accelerated to study the effect of aging on the adhesive according to the humidity and temperature.