Contribution à l'analyse micromécanique du comportement élastique endommageable de composites monolithiques et sandwichs, intégration dans un code de calculs par éléments finis

LA MODELISATION MICROMECANIQUE A ETE LE FILE CONDUCTEUR DE CE TRAVAIL DE THESE, GRACE AU MODELE DE MORI ET TANAKA, IL A PERMIS DE DETERMINER LES CARACTERISTIQUES ELASTIQUES TRIDIMENSIONNELLES. LE COMPORTEMENT DES MATERIAUX VIS A VIS DE L'ENDOMMAGEMENT A EGALEMENT ETE INTEGRE DANS LA MODELISATION. DES APPROCHES PROBABILISTES ONT ETE UTILISEES AFIN DE PERMETTRE UNE BONNE DESCRIPTION DE L'ENDOMMAGEMENT. DE SURCROIT, CET ENDOMMAGEMENT PEUT AVOIR POUR ORIGINE LE RENFORT (LES FIBRES), LA MATRICE OU L'INTERFACE ENTRE LE RENFORT ET LA MATRICE ET PEUT SE PROPAGER A TRAVERS L'UN OU L'AUTRE DE CES CONSTITUANTS DE BASE. L'INTEGRATION DE CETTE NOTION DANS LA MODELISATION CONSTITUE LE POINT FORT DE L'OUTIL DEVELOPPE. AFIN DE VALIDER LE MODELE PROPOSE, DES ESSAIS EXPERIMENTAUX (TRACTION, COMPRESSION, TORSION, FLEXION) ONT ETE REALISES SUR DES COMPOSITES VERRE/POLYESTER ET VERRE/VYNILESTER, CHARGE OU NON. LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ONT EGALEMENT PU ETRE MIS EN EVIDENCE GRACE A CES ESSAIS ASSOCIES A DES OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES (MICROSCOPE A BALAYAGE ELECTRONIQUE) ET DES OUTILS DE DETECTION BASES SUR L'EMISSION ACOUSTIQUE. LE CHAMP D'APPLICATION DU MODELE A EGALEMENT ETE ELARGI AU CAS DES COMPOSITES SANDWICHS ET EN PARTICULIER AU CAS DES AMES TUBULAIRES. EN OUTRE UN MODELE PERMETTANT DE DECRIRE LE COMPORTEMENT D'UNE TELLE AME A ETE DEVELOPPE. DANS LE BUT DE VALIDER CE MODELE INTEGRANT LE SANDWICH, DES CAMPAGNES D'ESSAIS ONT EGALEMENT ETE MENEES EN FLEXION TROIS ET QUATRE POINTS. CHACUN DES MODELES PROPOSES A DONNE LIEU A LA REALISATION DE LOGICIELS INFORMATIQUES, SIMPLES D'UTILISATIONS ET CONVIVIAUX TANT SUR LA SAISIE DES DONNES QUE SUR LA REPRESENTATION DES RESULTATS ISSUS DES CALCULS. FINALEMENT, LE MODELE DEVELOPPE A ETE COUPLE A UN CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS (CASTEM2000). IL EST ALORS POSSIBLE DE DETERMINER L'ETAT D'ENDOMMAGEMENT DE LA MICROSTRUCTURE DU COMPOSITE (FIBRE, MATRICE ET INTERFACE) ET LE TENSEUR ELASTIQUE ENDOMMAGE QUI EN RESULTE, ET CELA EN TOUT POINT DU MAILLAGE D'UNE STRUCTURE CONSIDEREE. AINSI, CHAQUE CONSTITUANT DU COMPOSITE PEUT ETRE OPTIMISE POUR UNE APPLICATION DONNEE SOIT PAR L'UTILISATION DES LOGICIELS DEVELOPPES OU DIRECTEMENT PAR UN CALCUL ELEMENT FINIS SOUS CASTEM2000 LORSQUE LA LOI DE COMPORTEMENT A ETE IMPLANTEE.COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

Développement de techniques d'investigation et de suivi du comportement des matériaux composites soumis à un endommagement évolutif

LA CONNAISSANCE DES VITESSES DES ONDES ULTRASONORES TRAVERSANT UN MATERIAU MONOLITHIQUE COMPOSITE PERMET DE DETERMINER SES RIGIDITES ET CONSTANTES ELASTIQUES ASSOCIEES. UN LOGICIEL, CELMAUS, DEVELOPPE EN VISUAL BASIC, PERMET L'OBTENTION DE L'ENSEMBLE DES COMPOSANTES ELASTIQUES D'UN MATERIAU SAIN OU ENDOMMAGE (PAR IMPACT POIDS TOMBANT ET FATIGUE POST-IMPACT). CET OUTIL SE BASE SUR LA TRANSFORMATION PAR LE TENSEUR DE CHRISTOFFEL DES VITESSES DES ONDES ULTRASONORES EN RIGIDITES. LE CONCEPT DES SURFACES DE RIGIDITES A ETE DEVELOPPE POUR RENDRE COMPTE DE L'EVOLUTION DE LA RIGIDITE DU MATERIAU SELON LES PLANS D'INVESTIGATION CHOISIS. LE CALCUL S'EFFECTUE PAR LA RESOLUTION NUMERIQUE EN MINIMISATION D'UNE FONCTION SEUIL LIEE AUX VALEURS PROPRES DU TENSEUR DE CHRISTOFFEL DEFINIES EXPERIMENTALEMENT. UNE COMPARAISON AVEC LES ESSAIS MECANIQUES, LA LITTERATURE ET DES VALEURS OBTENUES PAR MODELISATION TRIDIMENSIONNELLE ONT PERMIS DE VALIDER CE LOGICIEL. LES MATERIAUX DE L'ETUDE PRESENTENT DES TAUX D'ANISOTROPIE PLUS OU MOINS ELEVES POUVANT EXPRIMER DES TERMES DE COUPLAGE HORS PLAN. AFIN DE SUIVRE L'ENDOMMAGEMENT, UNE ETUDE BASEE SUR L'ANALYSE DE CARTOGRAPHIES C-SCAN EST EGALEMENT ENGAGEE. DIFFERENTS LOGICIELS DEVELOPPES SOUS LA CONFIGURATION MATLAB ET VISUAL BASIC PERMETTENT DE CARACTERISER LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT PRESENTS. CERTAINS PARAMETRES SONT EN PREMIER LIEU DEFINIS SUR MATERIAUX SAINS (DELIMFFT) AFIN D'ETABLIR UN ETAT DE REFERENCE. UNE VISUALISATION 3D (VIS3D) DES SURFACES IMPACTEE ET NON IMPACTEE PERMET DE LOCALISER ET DE DETERMINER LES DIMENSION DE L'ENDOMMAGEMENT DANS SA FORME GLOBALE (DOUBLE CONE D'ENDOMMAGEMENT, CRATERE, BOMBEMENT...). UNE VISUALISATION DANS L'EPAISSEUR (VISENDO) POUR UN ETAT DONNE D'ENDOMMAGEMENT OU D'UN ETAT ENDOMMAGE A UN AUTRE PERMET D'ASSOCIER DES CODES COULEUR A DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT SPECIFIQUE. DES OBSERVATIONS DIRECTES DU MATERIAU ET A PARTIR DE CLICHES OBTENUS AU MEB AINSI QUE LE TRAITEMENT EN AMPLITUDE DES SIGNAUX D'EMISSION ACOUSTIQUE ONT PERMIS DE CORROBORER CES ASSOCIATIONS.COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

Analyse et modélisation du comportement mécanique de structures composites sandwichs multi-D

L'objectif de ce travail est d'appréhender les modes d'endommagement d'une structure originale sandwich renforcée par des coutures et d'apporter une aide à la décision sur le choix des paramètres géométriques et matériaux. Cet objectif nécessite à la fois une approche expérimentale et théorique. La partie expérimentale permet de cerner le comportement de ce type de structure face à des sollicitations statiques et dynamiques. Un outil R TM a été créé afin de maîtriser les paramètres de mise en œuvre et mettre en évidence l'influence de la micro-structure des renforts. L'analyse des mécanismes d'endommagement met en évidence l'influence des paramètres géométriques de couture sur le comportement de la structure. Les problématiques issues des efforts inter-laminaires sont atténuées: la fragilité de l'interface âme/peau et le dé laminage dans les peaux sont réduits. La partie modélisation vise la représentation du comportement en utilisant des théories simples et adaptées et cherche à prédire les propriétés de rigidité et de contrainte maximale dans les trois directions. Un outil informatique nommé SANDTEX apporte une aide à la décision au monde industriel.The objective of this work is to apprehend the damaging modes of an original sandwich structure strengthened by stitches and to propose a predictive tool for the choice of the geometrical and material parameters. This objective requires both an experimental and a theoretical approach. The experimental part enables to determine the behavior of this type of structure under static and dynamic stresses. A R TM device was created in order to control the implementation parameters and to highlight the influence of the microstructure of the reinforcements. The analysis of the damage mechanisms highlights the influence of the geometrical parameters of stitches on the behavior of the structure. The problems resulting from the inter-laminar efforts are attenuated: the brittleness of the core/skin interface and delamination into the skins is reduced. The modelling part allows to represent the material behavior by using simple and adapted theories and seeks to predict the rigidity and the maximum stress in the three directions. A data-processing tool named SANDTEX brings a predictive tool to the industrial world.COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

Modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort tridimensionnel

Cette thèse porte sur la modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort 3D. L'étude s'articule autour de 3 points essentiels: la compréhension du processus d'endommagement, la modélisation analytique et l'étude d'optimisation des architectures des renforts. Les architectures carbones étudiées sont issues d'un tissage orthogonal 3D et de 5 tissages interlock. Ils sont soumis respectivement à une sollicitation de compression et de traction uniaxiale. La corrélation des signaux d'EA aux observations microscopiques permet de faire ressortir l'effet de l'architecture sur les phénomènes d'endommagements. Le comportement élastique endommageable jusqu'à la rupture est décrit à partir d'une dualité entre un modèle analytique d'homogénéisation et le critère 3D de Tsai-Wu, couplé à des critères d'endommagement. Ce modèle prend en compte la particularité géométrique des architectures des renforts. La partie optimisation est dédiée à la minimisation des VER.This thesis is dedicated to the modelling of the elastic damage behaviour composite material 3D reinforced. The study is articulated around three essential points: the comprehension of the damage process, analytical modelling and the optimization of architectures of the reinforcements. The studies of carbon architectures are resulting from an orthogonal weaving 3D and 5 Interlock. They are subjected respectively to compression and uniaxial tension tests. The correlation between signals of acoustic emission and the microscopic observations makes it possible to emphasize the effect of architecture on the phenomena of damages. The elastic damage behaviour until the rupture is described with a duality between an analytical model of homogenization and the criterion 3D of Tsai-Wu, coupled to damage criteria. This model takes into account the geometrical characteristic of architectures of the reinforcements. The optimization part is dedicated to minimization of the REV.COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

Stress and damage analysis in composite plates under torque loadings

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Méthodologie expérimentale d'analyse de l'endommagement de plaque trouée en verre/époxy

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Determination of stiffness reduction and damage accumulation monitoring in composite materials using ultrasonic techniques - Part I

International audienc

Effet du vieillissement artificiel sur les paramètres d'un critère de rupture interlaminaire en mode mixte (I+II) d'un matériau composite à armure tissée hybride

International audienc

Contribution à l'approche numérique multi-échelles pour la modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renfort interlock

COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF