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

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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.

Author: Emna Ghazali
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Pages : 234

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En service, les pièces aéronautiques en matériaux composites et structures sandwiches subissent des dommages qui nécessitent des réparations. Les réparations par patch interne en biseau, en escalier ou par combinaison des deux offrent une excellente restauration de la résistance mécanique pour ces structures composites. Cependant, l'environnement de réparation peut se révéler être un défi de taille quant à leur mise en œuvre, au choix des paramètres géométriques (angle de biseau, nombre de plis extra), à leur comportement mécanique sous différents chargements ainsi qu'à leur processus d'endommagement. Cette thèse présente une étude expérimentale et numérique (éléments finis) du comportement mécanique de réparations par patch interne effectuées sur des structures avec des peaux en composites à renforts tissés fabriquées hors autoclave et âme en Nomex en nid d'abeille. Afin de déterminer l'effet de différents paramètres géométriques sur la résistance de la réparation et de comprendre son comportement mécaniqueet son processus d'endommagement, une série de tests de caractérisation sous différents chargements (traction, compression, flexion) a été effectuée sur des structures sandwiches faite avec deux matériaux composites tissés pour la peau : soit du composite tissé taffetas (PW) ou satin de 8 (8HS) Des simulations numériques ont été effectuées afin de prédire le comportement mécanique de la réparation. Cette étude numérique a été effectuée en plusieurs étapes. Un premier modèle 2D qui suppose que la colle ait un comportement linéaire élastique a été développé et permet d'étudier la distribution des contraintes dans le joint de colle pour différentes configurations de réparation rectangulaire. Ensuite, le modèle 2D est modifié pour tenir compte du comportement élastoplastique de la colle et ceci permet de prédire le comportement mécanique d'une réparation rectangulaire jusqu'à la rupture. Par la suite, un modèle 3D est développé pour prédire le comportement de réparations circulaires sous des chargements de compression. Ce modèle tient compte de l'endommagement progressif des peaux en composite. Les résultats de ces simulations numériques sont comparés par la suite aux mesures expérimentales. Les modèles par éléments finis, avec une loi de comportement élastoplastique pour le joint de colle, permettent une estimation adéquate de la résistance ainsi que de l'endommagement des structures sandwiches réparées. Une étude paramétrique a eu lieu afin d'étudier l'effet de différents paramètres géométriques sur la résistance de la réparation. La mise en œuvre et la détermination de la performance mécanique des réparations par patch interne des structures sandwiches est une tâche complexe avec de multiples paramètres de matériaux et de procédés. D'une manière générale, cette thèse contribue à une meilleure compréhension du comportement mécanique des structures sandwiches réparées et de leur processus d'endommagement. Les modèles par éléments finis développés dans ces travaux ont été validés expérimentalement et des simulations paramétriques ont contribué à une meilleure compréhension de l'influence des différents paramètres géométriques sur la résistance de la réparation par patch interne.

Author: Francis Praud
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Dans ce travail de thèse, une modélisation multi-échelle est mise en place à partir du concept d'homogénéisation périodique pour étudier le comportement cyclique et dépendant du temps des composites tissés à matrice thermoplastique. Avec l'approche proposée, le comportement macroscopique du composite est déterminé à partir d'une simulation éléments finis effectuée sur une cellule unitaire représentative de la microstructure périodique, où les lois de comportement des constituants sont directement intégrées, à savoir: la matrice et les torons. La réponse locale de la matrice est décrite par une loi de comportement phénoménologique multi-mécanismes intégrant viscoélasticité, viscoplasticité et endommagement ductile. Pour les torons, une loi de comportement hybride micromécanique-phénoménologique est considérée. Cette dernière prend en compte l'endommagement anisotrope et l'anélasticité induite par la présence d'un réseau diffus de microfissures à travers une description micromécanique d'un volume élémentaire représentatif contenant des microfissures. Les capacités du modèle multi-échelles sont validées en comparant les prédictions numériques aux essais expérimentaux. Les capacités du modèle sont également illustrées à travers plusieurs exemples où le composite subit des déformations dépendantes du temps lors de chargements monotones, de chargements à amplitude constante ou cyclique et encore lors de chargement multiaxiaux non proportionnels. En outre, le modèle multi-échelle est aussi utilisé pour analyser l'influence des mécanismes de déformation locaux sur la réponse macroscopique du composite.

Author: Ngoc Anh Phan
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Cette thèse est consacrée à la simulation du comportement à la rupture de bois sous des chargements à long terme et sous des conditions d'Humidité Relatives (HR) de l'air variables. Il est connu que le bois est un matériau fortement hygroscopique, ses propriétés mécaniques et de rupture sont en effet très dépendantes de sa teneur en eau. En outre, la stabilité d'une fissure existante dans un élément structural peut être fortement influencée parles variations, en particulier brusques, d'humidité relative qui peut conduire à la rupture inattendue de l'élément.L'approche thermodynamique proposée intègre l'effet de mécanosorption dans l'expression analytique de la déformation, en découplant les déformations mécaniques et celles dues au comportement mécanosorptif du matériau. En outre, la rupture quasi-fragile du matériau boisest traduite par un modèle de zone cohésive dont les paramètres de cohésion sont fonctions de la teneur en eau afin de simuler l'effet de l'humidité sur les propriétés de rupture. Sur cette base, une formulation incrémentale permet l'intégration de l'effet des variations soudaines d'humidité relative (autrement dit, le choc hydrique) sur la zone d'élaboration(zone cohésive) en introduisant un champ de contraintes supplémentaires le long de cette zone. Fonction de la variation de HR, ce champ de contraintes supplémentaires dépend de l'état de contrainte et de l'ouverture de la fissure le long de la zone cohésive, mais également de l'humidité en pointe de fissure (matériau non endommagé). Dans l'analyse par éléments finis, un opérateur tangent algorithmique est utilisé pour résoudre le problème non linéaire en combinant le modèle de mécanosorption et le modèle de zone cohésive et en intégrant l'effet du choc hydrique.La simulation du comportement d'une éprouvette entaillée soumise à un chargement constant et à des variations cycliques de HR montre un fort couplage entre le comportement mécanosorptif et l'effet du choc hydrique HR sur la zone d'élaboration. Ce couplage entraîne une augmentation de la propagation des fissures et conduit à une fissuration plus précoce par rapport à celle obtenue à partir du modèle de mécanosorption seul ou à partir du modèle de zone cohésive en intégrant l'effet des variations soudaines de HR. En outre, le couplage entre le modèle mécanosorptif et le modèle de zone cohésive en intégrant l'effet du chochydrique montre l'intérêt d'une telle approche numérique pour décrire le comportement complexe des éléments de charpente en bois soumis à des conditions climatiques variables,comportement qui ne peut être prédit par une simple superposition des deux modélisations.

Author: GUANG.. GUO
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Pages : 245

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LES MATERIAUX ETUDIES DANS CE TRAVAIL EST UN COMPOSITE DE TYPE S.M.C. (SHEET MOULDING COMPOUND). CE MATERIAU EST CONSTITUE DE DEUX PHASES PRINCIPALES: LA MATRICE POLYESTER CHARGEE ET LES FIBRES DE VERRE COURTES ORIENTEES DE MANIERE ALEATOIRE. UNE LARGE UTILISATION DE CE TYPE DE MATERIAUX DANS L'INDUSTRIE AUTOMOBILE EST FONDEE SUR LES INTERETS SUIVANTS: UNE FACILITE DE MISE EN UVRE, DE BONNES PROPRIETES MECANIQUES, UNE DENSITE RELATIVEMENT FAIBLE, LES FAIBLES COUTS DE PRODUCTION MAIS CETTE UTILISATION NOUS POSE AUSSI LES PROBLEMES SUIVANTS: L'EVALUATION DES PROPRIETES MECANIQUES DU COMPOSITE ET LE DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE EN COMPOSITE. CETTE ETUDE CONSTITUE UNE CONTRIBUTION A LA RESOLUTION DE CES PROBLEMES. CE TRAVAIL SE DECOMPOSE EN TROIS ETAPES PRINCIPALES: (1) CHOIX D'UN MODELE. UNE EXTENSION DU MODELE DE MORI ET WAKASHIMA EST ETABLIE. CELA NOUS A PERMIS D'ETUDIER LE COMPORTEMENT ELASTIQUE D'UN COMPOSITE RENFORCE PAR DES FIBRES COURTES ORIENTEES ALEATOIREMENT DANS L'ESPACE DU MATERIAU. (2) IDENTIFICATION DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT AU SEIN DU MATERIAU ET INTEGRATION DE CES PHENOMENES DANS LE MODELE. CE TRAVAIL EST EFFECTUE PAR DES ESSAIS DE TRACTION ET DES OBSERVATIONS A L'AIDE D'ESSAIS EFFECTUES DANS LE MEB. UN CRITERE LOCAL DE RUPTURE DE L'INTERFACE FIBRE/MATRICE EST DETERMINE DE FACON STATISTIQUE EN PRENANT EN COMPTE L'HETEROGENEITE DU MATERIAU. CE CRITERE EST INTRODUIT DANS LE MODELE ET VALIDE SUR UN VOLUME ELEMENTAIRE REPRESENTATIF. (3) IMPLANTATION DU MODELE DANS UN CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS. LE MODELE DE TYPE PASSAGE MICRO-MACRO A ETE IMPLANTE DANS LE CODE ELEMENTS FINIS ABAQUS. DES VALIDATIONS SONT ENSUITE FAITES EN COMPARANT LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET NUMERIQUES VIA DES ESSAIS DE FLEXION QUATRE POINTS, TORSION ET FLEXION-TORSION COMBINEES. LES CALCULS DE STRUCTURES, AVEC LE MODELE DE COMPORTEMENT ELASTIQUE ENDOMMAGEABLE NOUS PERMETTENT DE PREVOIR LA DISTRIBUTION ET L'EVOLUTION DES ENDOMMAGEMENTS AU COURS DU CHARGEMENT. L'ANISOTROPIE DE LA RIGIDITE EFFECTIVE ET DE L'ENDOMMAGEMENT DU MATERIAU PEUVENT ETRE ESTIMES POUR UNE SOLLICITATION NON HOMOGENE, A PARTIR DES ANALYSES A L'ECHELLE DU RENFORT