Influence de l’endommagement matriciel sur la résistance en compression sens fibre pour des composites stratifiés

International audienceL'étude expérimentale proposée ici vise à caractériser le comportement d'un composite tissé verre/epoxy et d'étudier l'influence de l'endommagement matriciel sur ses propriétés à rupture en compression. Tout d'abord, des résultats sur l'influence de l'endommagement matriciel sont rappelés. Ensuite, le comportement en compression du matériau non endommagé est étudié en réalisant des essais de flexion quatre points et de compression normalisés (ASTM-D695). Dans un second temps, une campagne d'essais à haute température permet de montrer l'effet de la dégradation thermique de la matrice sur la résistance sens fibre. Enfin, l'effet de l'endommagement sur la rupture en compression est étudié. Abstract The present research focuses on the identification of the compressive behavior of a woven glass/epoxy composite and the influence of matrix damage on its compressive strength. First results concerning the influence of matrix damage on composite failure properties are reminded. In the following part the behavior of the glass/epoxy composite is identified via four-points flexion tests and standard compressive tests (ASTM-D695). Then, the results of high temperature flexion tests are presented to highlight the influence of matrix damage on compressive strength in fiber direction. Finally, effect of transverse damage on compressive strength is studied

Influence de l'endommagement matriciel sur la rupture des stratifiés avec concentration de contraintes

International audienceThis work investigates the influence of matrix damage on the tensile and compressive strength of laminated composite fibers in experimental and numerical simulations. The proposed modeling is based on damage mechanics and the use of a non-local criterion (VCR). This method is first validated in the case of the traction of different laminates with various types of concentration. Then, a representative test of an aeronautical structure is developed. The method applied to the complete structure perfectly predicts the initiation of the crack. It requires relatively short calculation times quite suitable for an engineer approach. Finally, the case of compression is studied. The strong influence of the damage of the matrix on the compressive fracture in the fiber direction is shown and identified on homogeneous tubular specimens and specimens with stress concentration. It makes the prediction more complex. This last model has been implemented and allows a first comparison with the second experiments.Ce travail s'intéresse à l'influence de l'endommagement sur la résistance en traction et compression sens fibre des composites stratifiés en expérimental et en simulation. La modélisation proposée est basée sur la mécanique de l'endom-magement et l'utilisation d'un critère non local (VCR). Cette méthode est tout d'abord validée dans le cas de la traction de différents stratifiés avec différents types de concentration. Ensuite un essai de type structure aéronautique est développé. La méthode appliqué à la structure complète prédit ici parfaitement l'initiation de la fissure. Elle demande des temps de calculs relativement courts tout à fait adaptés à une approche ingénieur. Enfin le cas de la compression est étudié. La forte influence de l'endommagement de la matrice sur la rupture en compression sens fibre, est montrée et identifiée ici sur des essais homogènes sur tubes et des essais avec concentration. Elle rend la prédiction plus complexe. Ce dernier modèle a été implémenté et permet une première comparaison avec les secondes expériences

Analyse du comportement en compression sens fibre de structures composites stratifiées en présence de dégradation matricielle et de concentration de contraintes

La détermination des propriétés à rupture en compression est un facteur important pour la conception des structures composites. Dans ce travail, une analyse concernant la résistance en compression dans le sens des fibres des matériaux et structures composites est présentée. Une nouvelle géométrie d'échantillon est proposée dans le but d'obtenir une rupture dans une zone valide exempte de concentrations de contraintes. Essais expérimentaux ont permis de valider l'utilisation du nouveau coupon en compression et en flexion quatre points à différentes températures. D'autres essais ont permis d'étudier l'influence de la dégradation matricielle sur la résistance en compression dans la direction des fibres. Un critère de rupture non local a été utilisé pour prédire la résistance des structures composites avec concentrations de contraintes. Les paramètres identifiés ont été validés sur structures présentant des effets d’échelle. Les mécanismes de rupture de certains stratifiés sous chargements de traction statique et en fatigue ont été analysés. Le délaminage peut être la cause de ces ruptures, en particulier pour les plis UD avec matrices fragiles. Autrement, la ruine peut s'expliquer par une rupture en compression dans le sens des fibres, générée par effet de Poisson et favorisée par la dégradation matricielle. Ce mécanisme de rupture a permis de décrire les résultats d’essais en fatigue sur stratifies quasi-isotropes en tissé équilibré carbone/PEEK avec et sans concentrations de contraintes. Enfin, l'influence de la dégradation matricielle sur le diamètre du critère de rupture non locale a été évaluée sur des structures pré-endommagées avec des concentrations de contraintesDetermination of compressive properties at failure is an important factor for the design of composite structures. In this work, an analysis concerning the compression strength in fibre direction of composite structures is presented. A novel specimen geometry is proposed with the aim to obtain failure in a valid zone of the coupon free of stress concentrations. Experimental tests permitted to validate the usage of the new coupon in compression and four-points bending, at room and elevated temperature. Further tests permitted to study the influence of matrix degradation on compressive strength in fibre direction. Experimental results demonstrated different behaviours for carbon and glass reinforced plastics. A non-local failure criterion was utilized to predict the strength of composite structures with stress concentrations in tension and compression. The identified parameters were validated on coupons presenting size effects. The failure mechanisms of particular laminates in static and fatigue tension (ex. quasi-isotropic) where analyzed. Delamination can be the cause of these failures, in particular for UD plies and brittle matrices. In other cases, failure can be explained by compression failure in fibre direction generated by Poisson effect and favoured by matrix degradation. This failure mechanism permitted to model the experimental results in fatigue loading for quasi-isotropic laminates fabricated with a balanced carbon/PEEK woven ply. Finally the influence of matrix damage on the characteristic length of the non-local failure criterion was assessed on pre-damaged coupons with stress concentration

Identification de champ par l’erreur en relation de comportement modifiée : développements théoriques et application expérimentale

International audienc

Modified Constitutive Relation Error for field identification : theoretical and experimental assessments on fiber orientation identification in a composite material

International audienceThis study addresses the application of the modified Constitutive Relation Error to field identification problems in the framework of elastostatics. We show how relevant is the addition of a gradient-penalizing regularization term (in norm 1 or 2), and emphasize the role played by unreliable boundary conditions. This leads to the proposition of a method using two parameters, for which automatic determination is addressed. All theoretical assessments are illustrated on experimental data. The test-problem consists in the identification of the heterogeneous fiber-orientation in a woven fabric composite from a unique quasi-static tensile test with digital image correlation

Endommagement et rupture de composites stratifiés constitués de plis tissés comparés à des plis unidirectionnels

International audienceThe fracture of laminate composite structures is due to many mechanisms acting at different scales and depending on the type of ply, woven or unidirectional (UD), concern the matrix or the fibers and are a function of many parameters (thickness, orientations, loads ...). Matrix-type damage usually starts with fiber/matrix decohesions that propagate in the matrix to form transverse cracks over the entire thickness of the ply. In the case of UD plies, these transverse cracks can spread over great lengths and can initiate delamination. In the case of woven plies, these transverse cracks develop over the whole thickness of the yarns but their propagation is stopped by the crossing of theyarns. In the case of a UD ply, the kinetics of development of these transverse cracks dependstrongly on the thickness of the ply (or the number of UD plies of the same orientation) which complicates the modeling of these cracks. Experimental comparisonsof laminate with UD and woven plies with respect to the thickness are presented here. This experimental results are, only for the description of intralaminar damage, compared to simulationsandthe limits of this type of modeling for UD and wovenply laminates isunderlined.La rupture de structures composites stratifiées est due à de nombreux mécanismes agissant à différentes échelles dont les évolutions dépendent du type de pli, tissé ou unidirectionnel(UD), concernent la matrice ou les fibres et sont fonction de nombreux paramètres (épaisseur des plis, orientations, chargements ...). Les endommagements de type matriciel démarrent généralement par des décohésions fibre/matrice, fissures qui se propagent pour former des ruptures transverses sur toute l’épaisseur du pli. Dans le cas de plis UD, ces fissures transverses peuvent se propager sur des grandes distances et initier des délaminages. Dans le cas de plis tissés, ces fissures transverses se développent sur toute l’épaisseur des mèches mais leur propagation est stoppée par le croisement des mèches. Dans le cas de plis UD, la cinétique d’évolution de ces fissures transverses dépend de l’épaisseur des plis(ou le nombre de plis de même direction), dépendance qui complexifie la modélisation de ces fissures.Des comparaisons expérimentales de l’influence de l’épaisseur des plis sur le comportement de stratifiés constitués de plis tissés et UD sont présentées ici. Ces résultats sont comparés à des simulations qui intègrent uniquement le comportement intra-laminaire et les limites de ce type de modélisation sont analysées pour les plis UD et tissé

Endommagement et rupture de composites stratifiés constitués de plis tissés comparés à des plis unidirectionnels

International audienceThe fracture of laminate composite structures is due to many mechanisms acting at different scales and depending on the type of ply, woven or unidirectional (UD), concern the matrix or the fibers and are a function of many parameters (thickness, orientations, loads ...). Matrix-type damage usually starts with fiber/matrix decohesions that propagate in the matrix to form transverse cracks over the entire thickness of the ply. In the case of UD plies, these transverse cracks can spread over great lengths and can initiate delamination. In the case of woven plies, these transverse cracks develop over the whole thickness of the yarns but their propagation is stopped by the crossing of theyarns. In the case of a UD ply, the kinetics of development of these transverse cracks dependstrongly on the thickness of the ply (or the number of UD plies of the same orientation) which complicates the modeling of these cracks. Experimental comparisonsof laminate with UD and woven plies with respect to the thickness are presented here. This experimental results are, only for the description of intralaminar damage, compared to simulationsandthe limits of this type of modeling for UD and wovenply laminates isunderlined.La rupture de structures composites stratifiées est due à de nombreux mécanismes agissant à différentes échelles dont les évolutions dépendent du type de pli, tissé ou unidirectionnel(UD), concernent la matrice ou les fibres et sont fonction de nombreux paramètres (épaisseur des plis, orientations, chargements ...). Les endommagements de type matriciel démarrent généralement par des décohésions fibre/matrice, fissures qui se propagent pour former des ruptures transverses sur toute l’épaisseur du pli. Dans le cas de plis UD, ces fissures transverses peuvent se propager sur des grandes distances et initier des délaminages. Dans le cas de plis tissés, ces fissures transverses se développent sur toute l’épaisseur des mèches mais leur propagation est stoppée par le croisement des mèches. Dans le cas de plis UD, la cinétique d’évolution de ces fissures transverses dépend de l’épaisseur des plis(ou le nombre de plis de même direction), dépendance qui complexifie la modélisation de ces fissures.Des comparaisons expérimentales de l’influence de l’épaisseur des plis sur le comportement de stratifiés constitués de plis tissés et UD sont présentées ici. Ces résultats sont comparés à des simulations qui intègrent uniquement le comportement intra-laminaire et les limites de ce type de modélisation sont analysées pour les plis UD et tissé

Influence de l'endommagement matriciel sur la rupture des stratifiés avec concentration de contraintes

International audienceThis work investigates the influence of matrix damage on the tensile and compressive strength of laminated composite fibers in experimental and numerical simulations. The proposed modeling is based on damage mechanics and the use of a non-local criterion (VCR). This method is first validated in the case of the traction of different laminates with various types of concentration. Then, a representative test of an aeronautical structure is developed. The method applied to the complete structure perfectly predicts the initiation of the crack. It requires relatively short calculation times quite suitable for an engineer approach. Finally, the case of compression is studied. The strong influence of the damage of the matrix on the compressive fracture in the fiber direction is shown and identified on homogeneous tubular specimens and specimens with stress concentration. It makes the prediction more complex. This last model has been implemented and allows a first comparison with the second experiments.Ce travail s'intéresse à l'influence de l'endommagement sur la résistance en traction et compression sens fibre des composites stratifiés en expérimental et en simulation. La modélisation proposée est basée sur la mécanique de l'endom-magement et l'utilisation d'un critère non local (VCR). Cette méthode est tout d'abord validée dans le cas de la traction de différents stratifiés avec différents types de concentration. Ensuite un essai de type structure aéronautique est développé. La méthode appliqué à la structure complète prédit ici parfaitement l'initiation de la fissure. Elle demande des temps de calculs relativement courts tout à fait adaptés à une approche ingénieur. Enfin le cas de la compression est étudié. La forte influence de l'endommagement de la matrice sur la rupture en compression sens fibre, est montrée et identifiée ici sur des essais homogènes sur tubes et des essais avec concentration. Elle rend la prédiction plus complexe. Ce dernier modèle a été implémenté et permet une première comparaison avec les secondes expériences

Influence de l'endommagement matriciel sur la résistance en compression sens fibre pour des composites stratifiés

International audienceThe present research focuses on the identification of the compressive behavior of a woven glass/epoxy composite and the influence of matrix damage on its compressive strength. First results concerning the influence of matrix damage on composite failure properties are reminded. In the following part the behavior of the glass/epoxycomposite is identified via four-points flexion tests and standard compressive tests (ASTM-D695). Then,the results of high temperature flexion tests are presented to highlight the influence of matrix damage on compressive strength in fiber direction.Finally, effect of transverse damage on compressive strength is studiedL’étude expérimentale proposée ici vise à caractériser le comportement d’un composite tissé verre/epoxy et d’étudier l’influence de l’endommagement matriciel sur ses propriétés à rupture en compression. Tout d’abord, des résultats sur l’influence de l’endommagement matriciel sont rappelés. Ensuite,le comportement en compression du matériau non endommagé est étudié en réalisant des essais de flexion quatre points et de compression normalisés (ASTM-D695). Dans un second temps, une campagne d’essais à haute température permet de montrer l’effet de la dégradation thermique de la matrice sur la résistance sens fibre.Enfin, l’effet de l’endommagement sur la rupture en compression est étudié