Modèle numérique pour la simulation de la propagation des fissures de fatigue en mode I des plaques en aluminium réparées par patch en matériaux composites

Par la présente étude, une simulation numérique dynamique en 3D a été effectuée pour prédire le facteur d'intensité des contraintes à la pointe de fissure  ainsi que la durée de vie en fatigue d'une plaque en aluminium 2124-T3 réparée par un patch en composite.  Par la suite, une étude d'optimisation a été menée pour estimer la durée de vie adéquate justifiant une forme optimale du patch en composite.  Considérant les variables de conception telle que, la hauteur, la largeur et l'épaisseur du patch, en plus de l'épaisseur d'adhésif, une importante réduction du volume de patch peut être réalisée en appliquant le modèle développé. La sensibilité des paramètres optimaux du patch est étudiée sous différentes tailles de fissures. Différentes séquences d'empilement et propriétés mécaniques du patch sont également considérées afin de réduire  la concentration de contraintes au voisinage de la pointe  de fissure, en aboutissant à une forte réduction du volume.  

Etude en rupture d'un composite à fibres végétales d'Alfa

National audienceThe behavior under monotonic loading of reinforced natural fibre composites begins to be fairly well known today. However, the fracture behavior is still poorly controlled. This work describes a numerical approach developed to simulate the propagation mechanism of a matrix crack in natural fibre reinforced composites.To this end, the fracture behavior of a REV; constituted of alfa fibre, with linear anisotropic behavior, surrounded by a matrix with non-linear viscoelastic behavior, was investigated using a finite element model. The analysis of the fracture behavior of the composite alfa fibre / epoxy resin shows that under uniaxial longitudinal or transverse load to the fibre, a crack initiated in the matrix is propagated perpendicularly to the direction of the load. Near the interface, the energy release rate decreases and this energy is higher in the presence of interfacial debonding areas generated by problems of fibre wettability. Reaching the interface, the crack is either blocked or deflected. Once deflected, the crack propagates along the interface and causes the complete debonding of the fibre.Le comportement sous chargement monotone des composites renforcés par des fibres naturelles commence à être assez bien connu aujourd'hui. Cependant, le comportement à la rupture est encore mal maîtrisé. Le présent travail décrit une approche numérique développée pour simuler le mécanisme de propagation d'une fissure matricielle à l'interface fibre végétale alfa / résine époxy dans les composites à matrice polymère. A cette fin, le comportement à la rupture d'un VER constitué d'une fibre unitaire d'alfa, de comportement linéaire anisotrope, entourée d'une matrice de comportement non linéaire viscoélastique, a été étudié à l'aide d'un modèle éléments finis. L'analyse du comportement à la rupture du composite fibre alfa/résine époxy montre que sous l'action d'un chargement uniaxial, longitudinal ou transversal par rapport à la fibre, une fissure initiée dans la matrice se propage perpendiculairement au sens de la sollicitation. Au voisinage de l'interface, le taux de restitution d'énergie diminue et ce taux est plus élevé en présence de zones de non adhésion générées par des problèmes de mouillages. Arrivée à l'interface, la fissure est soit bloquée soit déviée. Une fois déviée, la fissure se propage le long de l'interface et entraîne la décohésion de la fibre

Impact de renforts FRP précontraints sur la valeur des contraintes interfaciales des structures renforcées par composites collés

Cet article présente une nouvelle approche théorique d’analyse des contraintes interfaciales sur les structures renforcées par composites FRP précontraints, en tenant compte du modèle de chargement mécanique, de l’effet shear lag et de l’impact des précontraintes. Ces renforts FRP précontraints sont, en particulier, utilisés pour réhabiliter les structures par composites collés, en arrêtant la propagation des fissures, en donnant plus de rigidité et de résistance à la structure permettant ainsi de prolonger leur durée de vie. Dans ce travail, un aspect original est présenté, il permet de prévoir et déterminer la concentration des contraintes aux bords des renforts FRP par une approche analytique et de donner plus de précision par rapport aux méthodes précédentes qui ont négligé l’effet des renforts FRP précontraints couplés avec les différentes charges appliquées. La résolution numérique a été finalisée en tenant compte des paramètres physiques et géométriques des éléments de la structure qui peuvent jouer un rôle important dans la diminution de la valeur des contraintes

Experimental and Numerical Model of CFRP Retrofitted Concrete Beams with Intermediate Notches Subjected to Drop-Weight Impact

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Experimental and numerical models to study the creep behavior of the unidirectional Alfa fiber composite strength by the photoelasticity method

International audienceIn this paper, we propose an experimental and numerical model to study the creep behavior of the unidirectional Alfa fiber composite strength by the photoelasticity method. To have better mechanical properties, chemical treatment is made for Alfa fibers. Tensile tests are made to predict the Young modulus and tensile strength. These tests confirm that the chemical treatment during 48 Hours of Alfa fibers collected from the south region gives the best results. After that, specimens are made in Medapoxy STR resin and treated Alfa fibers of the south region. All fibers of specimens are arranged approximately in multiple hexagonal clusters embedded in the matrix. For the micromechanical fiber stress redistribution or load sharing theory to be applied, clusters must minimally contain one broken fiber. Consequently, we have a stress perturbation due to a fiber fracture, which propagates to the nearest-neighbor fibers. This perturbation enables us the photoelastic visualization of the fracture events during the creep tests. The contour diagram and fringe values give us the accurate distribution of stress near broken fibers showing local shear stress concentrations during the time. To simulate the creep response and failure mechanism, the Tsai–Wu failure criterion was applied on ANSYS explicit dynamic software. Because it merges between experimental tests and numerical simulation, the present study offers a real scientific contribution in the creep behavior of biobased composite strength by the photoelasticity method

Morphology, static and fatigue behavior of a natural UD composite: The date palm petiole ‘wood’

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Experimental and numerical studies on the low-velocity impact response of orthogrid epoxy panels reinforced with short plant fibers

Experimental and numerical studies were conducted to analyze the low-velocity impact response of orthogrid stiffened panels reinforced with short alfa fibers. Tensile specimens and orthogrid panels were fabricated with two types of epoxy resins and different fractions of crushed and sieved alfa fibers (fiber volume fraction (V f ) from 10% to 50%). Impact tests were conducted on the orthogrid panels to investigate their low-velocity transverse impact behavior. The resistance to damage increased with an increase in fiber content and improvement in the mechanical properties of the composites (measured in static). Bending tests carried out on pre-impacted and non-impacted panels revealed a change in the linearity of the initial bending behavior, which could be justified by the small cracks generated by impact. A numerical model of impact on the orthogrid stiffened composite panels was developed using the nonlinear Hertz's contact model. To simulate the failure mechanism and load-time history, a standard Tsai-Wu failure criterion was used on ANSYS explicit dynamic software. The simulations show a good correlation with the experimental data. The dominant stresses for damage evolution are found to be normal stresses. The presence of a stiffener reduces the stress, which confirms that stiffeners limit the propagation of damage. © 201