Détermination des conditions d'adaptation d'une structure sous chargement cyclique à l'aide de l'interférométrie de speckle

A l'aide d' une machine de traction, plusieurs éprouvette percées (acier doux, ES Arcelor) ont été soumises à des efforts cycliques. Les déformations plastiques ont été mesurées pendant un cycle en tous points de la pièce à l'aide de l'interférométrie de speckle avec décalage de phase. L'amplitude de l'effort de chargement a été modifiée pour chaque éprouvette. Compte tenu de la précision de notre dispositif expérimental, qui permet de détecter des déformations inférieures à 10-5, la valeur de l'effort maximal pour laquelle l'adaptation est observable a été expérimentalement déterminée. Finalement, les résultats expérimentaux ont été interprétés à l'aide d'un modèle basé sur le théorème de Melan. En exprimant les conditions d'adaptation dans le cadre de ce modèle, cette dernière étude a permis une identification de la limite d'élasticit

Modélisation analytique de l'essai caractéristique d'emboutissage du godet

L'emboutissage d'un godet occupe une place particulière dans les essais caractéristiques de mise en forme. Cet essai permet à la fois d'étudier la consolidation du matériau, l'effet du frottement, la rupture, le plissement et de construire les courbes limites de formage. Le développement d'un modèle analytique est intéressant car il peut fournir rapidement l'information sur les champs des déformations et des contraintes au cours de l'emboutissage et montrer l'influence des paramètres. Dans un premier temps, nous conduisons une analyse comparative des modèles analytiques issus de la littérature. Ensuite, nous proposons une approche basée entre autres sur l'hypothèse de l'homogénéité des contraintes de serrage induites dans la collerette du godet par le serre–flan. Rappelons que la plupart des autres travaux supposent l'invariance de l'épaisseur de la tôle dans cette zone. Les résultats des différentes approches sont comparés aux expériences ce qui permet de discuter la validité des différentes hypothèses

Finite Element solution of the fiber/matrix interface crack problem: convergence properties and mode mixity of the Virtual Crack Closure Technique

The bi-material interface arc crack has been the focus of interest in the composite community, where it is usually referred to as the fiber-matrix interface crack. In this work, we investigate the convergence properties of the Virtual Crack Closure Technique (VCCT) when applied to the evaluation of the Mode I, Mode II and total Energy Release Rate of the fiber-matrix interface crack in the context of the Finite Element Method (FEM). We first propose a synthetic vectorial formulation of the VCCT. Thanks to this formulation, we study the convergence properties of the method, both analytically and numerically. It is found that Mode I and Mode II Energy Release Rate (ERR) possess a logarithmic dependency with respect to the size of the elements in the crack tip neighborhood, while the total ERR is independent of element size

Application of the electronic speckle pattern interferometry (espi) technique for the characterization of damage in composite laminates

Godkänd; 2012; 20120920 (andbra

Experimental and Numeriacal Studies of Intralaminar Cracking in High Performance Composites

Le mécanisme d'endommagement le plus facilement observable lors d'un essai de traction est la micro-fissuration des plis. Ces fissures sont parallèles à la direction des fibres et s'étendent sur toute l'épaisseur du pli. L'apparition et la croissance du nombre de ces fissures engendrent une réduction progressive de la rigidité globale du composite. Lorsque le composite est sollicité mécaniquement, les concentrations de contraintes en pointe de fissures peuvent favoriser la création d'une zone où le pli fissuré et le pli adjacent sont décollés (phénomène de délamination). Il est évident que l'apparition de cette nouvelle forme d'endommagement modifiera la dépendance de l'ouverture et du glissement des lèvres des fissures avec le chargement appliqué. Il est donc nécessaire de trouver un moyen de mesure permettant l'estimation expérimentale des valeurs de l'ouverture moyenne et du glissement moyen des lèvres des fissures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser l'endommagement des matériaux composites (Fibre de carbone/époxy et fibre de verre/époxy) utilisés dans le domaine aéronautique. En utilisant l'interférométrie de speckle (ESPI), des mesures de plein champs de déplacements aux bords des échantillons et dans différentes couches du stratifié ainsi que des études par élément finis ont été effectuées dans le but de calculer l'ouverture et le glissement des lèvres des fissures. L'effet des propriétés élastiques des matériaux sur l'endommagement aussi bien que l'effet d'interaction entre les fissures ont été déterminés. Une discussion essais/calculs est enfin réalisée afin de juger la validité des hypothèses retenuesThe macroscopic failure of composite laminates subjected to tensile increasing load is preceded by initiation and evolution of several microdamage modes. The most common damage mode and the one examined in this thesis is intralaminar cracking in layers. Due to this kind of microdamage the laminate undergoes stiffness reduction when loaded in tension. The degradation of the elastic properties of these materials is caused by reduced stress in the damaged layer which is mainly due to two parameters: crack opening displacement (COD) and crack sliding displacement (CSD). The first objective of this thesis is to investigate the effect of crack interaction on COD using FEM and to describe the identified dependence on crack density in a simple and accurate form by introducing an interaction function dependent on crack density. The application of this function to more complex laminate lay-ups is demonstrated. All these calculations are performed assuming that cracks are equidistant. Using FEM, we assume linear elastic material with ideal crack geometry. Fiber bridging over the crack surface is possible which can affect COD and CSD. The only correct way to validate these assumptions is through experiments. The second objective is to measure these parameters for different laminate lay-ups in this way providing models with valuable information for validation of used assumptions and for defining limits of their application. In particular, the displacement field on the edge of a [90/0]s and [903/0]s carbon fiber/epoxy laminates specimens with multiple intralaminar cracks in the surface layer is studiedMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Energy release rate of fiber/matrix interface crack growth in cross-ply laminates under transverse loading: effect of the 0° /90° interface and of 0° layer thickness

Models of Representative Volume Elements (RVEs) of cross-ply laminates with different geometric configurations and damage states are studied. Debond growth is characterized by the estimation of the Mode I and Mode II Energy Release Rate (ERR) using the Virtual Crack Closure Technique (VCCT). It is found that the presence of the 0/90 interface and the thickness of the 0 layer have no effect, apart from laminates with ultra-thin 90 plies where it is however modest. The present analysis support the claim that debond growth is not affected by the ply-thickness effect

Energy release rate of the fiber/matrix interface crack in UD composites under transverse loading: Effect of the fiber volume fraction and of the distance to the free surface and to non-adjacent debonds

International audienc

Engineering expressions for thermo-elastic constants of laminates with high density of transverse cracks

International audienceThermo-elastic constants of symmetric and balanced laminates with intralaminar cracks in 90-layers depend on the opening displacement (COD) of the crack. The COD dependence on the interaction between cracks in the same layer is studied using FEM. The COD dependence on crack density is described by interaction function in form of tanh(). This interaction function multiplied with COD of non-interactive crack is the input parameter in analytical model for thermo-elastic properties of damaged symmetric and balanced laminates. Predictions performed for cross-ply laminates with cracks in inside and in surface layers and for quasi-isotropic laminates with different position of the 90-layer are in a very good agreement with direct FEM calculations

ESPI analysis of crack face displacements in damaged laminates

International audienceCrack opening displacement (COD) and crack sliding displacement (CSD) are the two parameters that define slope of stiffness reduction with increasing crack density. The values of these parameters strongly depend on the crack geometry which is difficult to observe and quantify. In models we usually assume straight crack, no local delaminations (questionable for surface cracks) and use uniform spacing. In this paper COD of cracks in surface layers are analyzed using the displacement field on the edge and on the surface of a [90/0](s), and [90(3)/0](s) carbon fiber/epoxy laminates subjected to tension. The specimen fullfield displacement measurement is carried out using ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry), It is shown that including in the FEM model crack locations exactly as in the test, the COD of an individual crack is predicted accurately. The model with periodic and symmetric crack distribution significantly underestimates the COD whereas staggered crack distribution model in many cases renders very good results. Crack face sliding displacements, CSD were measured on the edge of [0/70(4)/-70(4)], GF/EP laminate, showing that the sliding can not be neglected and that the COD versus CSD ratio for this laminate is similar to model predictions