Evaluation expérimentale et numérique des endommagements d'une structure composite sous impact pour une large gamme de vitesses et d'énergies

Les matériaux composites utilisés dans l’industrie aéronautique sont très souvent à base de fibres de carbone et de résine époxyde. L’utilisation de nouvelles résines implique une étude constante des critères de dimensionnement mécanique de ces matériaux. Certains de ces critères basés sur la durabilité et la résistance aux sollicitations en dynamique rapide sont faits via des études expérimentales très coûteuses. Le recours à la simulation numérique est d’une importance particulière et apporte un gain financier conséquent. Dans cette étude, nous évaluons à l’aide des expériences et de la modélisation numérique, le comportement à l’impact des structures composites. Notre attention est portée sur le composite à base de tissus de carbone haute résistance G0926 et de la résine époxyde SR1710. Les plaques composites sont fabriquées par infusion de résine liquide suivant la séquence d’empilement [[0/45]3]s puis, soumises à des impacts basse vitesse basse énergie (BV/BE) et des impacts haute vitesse haute énergie (HV/HE). La mise en évidence des endommagements de surface (indentation résiduelle) à l’aide du système ATOS-TRITOP et des endommagements internes (zone délaminée) par la thermographie infrarouge permet d’observer un comportement à l’impact fortement lié à la fois au type d’impact et à l’énergie d’impact. Des tests de compression après impact (CAI) montrent également une variabilité de la résistance mécanique résiduelle liée aux types et énergies d’impact. Des modèles numériques d’impact (2D et 3D) sur le code éléments finis ABAQUS ont ensuite été développés. Les modèles d’impact 3D basés sur lois cohésives avec des critères d’initiation des contraintes quadratiques et les critères énergétiques de propagation de Benzeggagh-Kenane permettent de prédire avec satisfaction les délaminages observés lors des expériences

Finite Element Simulation of Low Velocity Impact Damage on an Aeronautical Carbon Composite Structure

Low velocity barely visible impact damage (BVID) in laminated carbon composite structures has a major importance for aeronautical industries. This contribution leads with the development of finite element models to simulate the initiation and the propagation of internal damage inside a carbon composite structure due by a low velocity impact. Composite plates made from liquid resin infusion process (LRI) have been subjected to low energy impacts (around 25 J) using a drop weight machine. In the experimental procedure, the internal damage is evaluated using an infrared thermographic camera while the indentation depth of the face is measured by optical measurement technique. In a first time we developed a robust model using homogenised shells based on degenerated tri-dimensional brick elements and in a second time we decided to modelize the whole stacking sequence of homogeneous layers and cohesive interlaminar interfaces in order to compare and validate the obtained results. Both layer and interface damage initiation and propagation models based on the Hashin and the Benzeggagh-Kenane criteria have been used for the numerical simulations. Comparison of numerical results and experiments has shown the accuracy of the proposed models

Approaches to simulate impact damages on aeronautical composite structures

Impact damage is one of the most critical aggressions for composite structures in aeronautical applications. Consequences of a high/low velocity and high/low energy impacts are very important to investigate. It is usually admitted that the most critical configuration is the Barely Visible Impact Damage (BVID), with impact energy of about 25 J, where some internal damages, invisible on the impacted surface of the specimen, drastically reduce the residual properties of the impacted material. In this work we highlight by the finite element simulation, the damage initiation and propagation process and the size of the defaults created by low velocity impact. Two approaches were developed: the first one is the layup technic and the second one is based on the cohesive element technic. Both technics show the plies damages by the Hashin’s criteria. Moreover the second one gives the delamination damages with regards to the Benzeggah-Kenane criteria. The validation of these models is done by confrontation with some experimental results

Thermophysical characterization of earth blocks stabilized by cement, sawdust and lime

Several buildings throughout the world are built with blocks of compressed and stabilized ground. These blocks do not commonly have the same thermal properties necessary for their use. If the incorporation of stabilizer in these blocks like lime or cement increases the mechanical properties, it is not the case for the thermophysical properties. In this paper, the evolution of the thermal properties of earth blocks according to the rates of stabilizer and their nature was discussed. The experimental method of “hot iron” was applied. Results indicate that thermal conductivity increases when percentages of cement and lime increase. However, it decreases when the rates of the sawdust increase. Moreover, thermal resistance decreases according to the percentages of lime and cement, and increases according to the percentages of the sawdust

Experimental and numerical evaluation of impact damages on a composite structure for a wide range of velocities and energies

Les matériaux composites utilisés dans l’industrie aéronautique sont très souvent à base de fibres de carbone et de résine époxyde. L’utilisation de nouvelles résines implique une étude constante des critères de dimensionnement mécanique de ces matériaux. Certains de ces critères basés sur la durabilité et la résistance aux sollicitations en dynamique rapide sont faits via des études expérimentales très coûteuses. Le recours à la simulation numérique est d’une importance particulière et apporte un gain financier conséquent. Dans cette étude, nous évaluons à l’aide des expériences et de la modélisation numérique, le comportement à l’impact des structures composites. Notre attention est portée sur le composite à base de tissus de carbone haute résistance G0926 et de la résine époxyde SR1710. Les plaques composites sont fabriquées par infusion de résine liquide suivant la séquence d’empilement [[0/45]3]s puis, soumises à des impacts basse vitesse basse énergie (BV/BE) et des impacts haute vitesse haute énergie (HV/HE). La mise en évidence des endommagements de surface (indentation résiduelle) à l’aide du système ATOS-TRITOP et des endommagements internes (zone délaminée) par la thermographie infrarouge permet d’observer un comportement à l’impact fortement lié à la fois au type d’impact et à l’énergie d’impact. Des tests de compression après impact (CAI) montrent également une variabilité de la résistance mécanique résiduelle liée aux types et énergies d’impact. Des modèles numériques d’impact (2D et 3D) sur le code éléments finis ABAQUS ont ensuite été développés. Les modèles d’impact 3D basés sur lois cohésives avec des critères d’initiation des contraintes quadratiques et les critères énergétiques de propagation de Benzeggagh-Kenane permettent de prédire avec satisfaction les délaminages observés lors des expériences.Composite materials used in the aeronautical industry are often based on carbon fiber reinforced polymer composites (CFRP). The use of new polymers implies a constant study of the mechanical criteria dimensioning of these materials. Some of these criteria based on durability and resistance in fast dynamics are made through experimental studies, however very expensive. The use of numerical simulation is essential and reduces financial cost. In this study, we evaluate the impact behaviour of composite structures using experiments and numerical modelling. Our focus is on thecomposite with high-strength carbon fabrics G0926 and epoxy resin SR1710. Composite plates are manufactured by liquid resin infusion following the stacking sequence [[0/45]3]s, then subjected to low-velocity low-energy (LV/LE) and high-velocity high-energy (HV/HE) impacts. Regarding the identification of external damage (residual indentation) by the ATOS-TRITOP system and internal damage (delaminated zone) by infrared thermography, it is possible to observe an impact behaviour strongly linked to both the impact type and the energy of the impact. Compression after impact tests (CAI) also show variability in residual mechanical strength related to impact types and energies. Numerical models (2D and 3D) of impact on the ABAQUS finite element software were then developed. 3D impact models based on cohesive zone approach with quadratic stresses criterion for the initiation of delamination and the Benzeggagh-Kenane criterion for the propagation of delamination allows with satisfaction the delamination observed during the experiments

Piezocomposite transducer design and performance for high resolution ultrasound imaging transducers

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