Simulation numérique du comportement thermo-mécanique de composites stratifiés tissés carbone PPS sous flux radiant

Abstract

International audienceUnder critical conditions of use in service, aeronautical structural parts made of polymer matrix composite materials may be subjected simultaneously to heat flows under mechanical load. In this context, this work aims to develop numerical tools to simulate the thermal and mechanical behaviours of laminates consisting of a polyphenylene sulfide thermoplastic matrix reinforced by carbon wovenfibers subjected to a thermal flow or a combined loading (Thermal flux + mechanical loading). Such modelling requires the consideration of a wide range of phenomena (modification of physical and mechanical properties, thermal decomposition, damage, etc.) and complex boundary conditions (heterogeneous distribution of heat flux density on the sample surface, convection, radiation). The proposed model makes it possible to predict the evolution of the macroscopic stiffness of the laminate over a temperature range up to the melting of the material (about 320°C)Dans des conditions critiques d’utilisation en service, des pièces de structures aéronautiques en matériaux composites à matrice polymère peuvent être soumises simultanément à des flux de chaleur sous charge mécanique. Dans ce contexte, ce travail vise ainsi à développer des outils numériques permettant de simuler les comportements thermique et mécanique de stratifiés à matrice thermoplastique polysulfure de phénylène renforcée par un tissu de fibres de carbone soumis à un flux thermique ou un chargement combiné (flux et chargement mécanique). Une telle modélisation nécessite la prise en compte de très nombreux phénomènes (modification des propriétés physiques et mécaniques, décomposition thermique, endommagement, etc.) et de conditions aux limites complexes (distribution hétérogène de la densité de flux thermique à la surface de l’échantillon, convection, rayonnement). Le modèle de comportement développé permet de prédire l’évolution de la rigidité macroscopique du stratifié sur une gamme de température allant jusqu’à la fusion du matériau (environ 320°C