Modélisation du comportement, de l'endommagement et de la rupture de matériaux composites à renforts tissés pour le dimensionnement robuste de structures PDF Download
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Author: Lionel Marcin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
De par leur bonne tenue à l'impact, les matériaux composites tissés sont de bons candidats pour la conception de pièces aéronautiques. Toutefois, le manque de confiance dans les modèles se traduit par de lourdes campagnes expérimentales. L'augmentation de la part de simulation numérique et donc la réduction des coûts de certification passent par le développement d'outils permettant de dimensionner au plus juste les structures composites tissées à matrice organique (CMO) ou céramique (CMC). C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse. Les formulations proposées par l'Onera a?n de décrire l'e?et de l'endommagement matriciel ont été adaptées et étendues pour prendre en compte les spéci?cités des matériaux de notre étude, en particulier la viscosité pour les CMO. Des essais sur pièces génériques ont été simulés et confrontés à l'expérience dans le but d'évaluer la pertinence des modèles développés. Ces comparaisons en partie validantes ont mis en évidence les limites des modèles dans le cadre de l'analyse de la tenue d'une structure présentant un gradient de contrainte. A?n d'améliorer les prévisions des simulations, les effets de la rupture progressive ont été pris en compte dans les formulations. Pour s'affranchir de la localisation numérique de l'endommagement, une approche originale de régularisation couplant modélisation non locale de l'endommagement et taux d'endommagement limité a été développée. Les confrontations essai/calcul ont mis en évidence l'apport d'une modélisation plus ?ne des mécanismes d'endommagement et de rupture sur l'étude de la tenue de la structure. Compte tenu des nombreuses sources d'incertitudes, quelle confiance accorder à la simulation ? Pour répondre à cette question, l'effet des incertitudes sur des quantités d'intérêts (contrainte à rupture) a été évalué. Par ailleurs, une analyse de sensibilité (décomposition de variance) a été entreprise pour l'étude de faisabilité d'une démarche de capitalisation. Dans l'optique d'une démarche d'analyse de la tolérance aux défauts, l'efficacité de notre approche à traiter diverses singularités (taille, forme) est démontrée. En?n, les limites de la modélisation macroscopique sont discutées.
Author: Lionel Marcin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
De par leur bonne tenue à l'impact, les matériaux composites tissés sont de bons candidats pour la conception de pièces aéronautiques. Toutefois, le manque de confiance dans les modèles se traduit par de lourdes campagnes expérimentales. L'augmentation de la part de simulation numérique et donc la réduction des coûts de certification passent par le développement d'outils permettant de dimensionner au plus juste les structures composites tissées à matrice organique (CMO) ou céramique (CMC). C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse. Les formulations proposées par l'Onera a?n de décrire l'e?et de l'endommagement matriciel ont été adaptées et étendues pour prendre en compte les spéci?cités des matériaux de notre étude, en particulier la viscosité pour les CMO. Des essais sur pièces génériques ont été simulés et confrontés à l'expérience dans le but d'évaluer la pertinence des modèles développés. Ces comparaisons en partie validantes ont mis en évidence les limites des modèles dans le cadre de l'analyse de la tenue d'une structure présentant un gradient de contrainte. A?n d'améliorer les prévisions des simulations, les effets de la rupture progressive ont été pris en compte dans les formulations. Pour s'affranchir de la localisation numérique de l'endommagement, une approche originale de régularisation couplant modélisation non locale de l'endommagement et taux d'endommagement limité a été développée. Les confrontations essai/calcul ont mis en évidence l'apport d'une modélisation plus ?ne des mécanismes d'endommagement et de rupture sur l'étude de la tenue de la structure. Compte tenu des nombreuses sources d'incertitudes, quelle confiance accorder à la simulation ? Pour répondre à cette question, l'effet des incertitudes sur des quantités d'intérêts (contrainte à rupture) a été évalué. Par ailleurs, une analyse de sensibilité (décomposition de variance) a été entreprise pour l'étude de faisabilité d'une démarche de capitalisation. Dans l'optique d'une démarche d'analyse de la tolérance aux défauts, l'efficacité de notre approche à traiter diverses singularités (taille, forme) est démontrée. En?n, les limites de la modélisation macroscopique sont discutées.
Author: Nathalie Godin Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1119510511 Category : Science Languages : en Pages : 168
Book Description
In this book, two kinds of analysis based on acoustic emission recorded during mechanical tests are investigated. In the first, individual, analysis, acoustic signature of each damage mechanism is characterized. So with a clustering method, AE signals that have similar shapes or similar features can be group together into a cluster. Afterwards, each cluster can be linked with a main damage. The second analysis is based on a global AE analysis, on the investigation of liberated energy, with a view to identify a critical point. So beyond this characteristic point, the criticality can be modeled with a power-law in order to evaluate time to failure.
Author: Daniel Scida Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 196
Book Description
L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'APPORTER UNE AIDE A LA DECISION QUANT AU CHOIX D'UN MATERIAU COMPOSITE A RENFORT TISSE HYBRIDE ET NON HYBRIDE POUR UNE APPLICATION OU LES EFFETS DU VIEILLISSEMENT CONDITIONNENT LA DECISION. CET OBJECTIF NECESSITE A LA FOIS UNE APPROCHE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE. L'APPROCHE EXPERIMENTALE EST MENEE, A PARTIR D'ESSAIS STANDARDS (TRACTION, FLEXION ET TORSION), PAR UNE CARACTERISATION DES PROPRIETES ELASTIQUES ET ULTIMES DE CHAQUE CONSTITUANT (RESINE ET UNIDIRECTIONNEL) ET DE CHAQUE COMPOSITE A RENFORT TISSE. L'IDENTIFICATION DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT EST ENSUITE OBTENUE SUR LA BASE DES ESSAIS PRECEDENTS PUIS D'ESSAIS DE DELAMINAGE (MODE I, II ET MIXTE (I+II)) PAR L'UTILISATION D'UNE METHODOLOGIE ASSOCIANT LES TECHNIQUES D'EMISSIONS ACOUSTIQUES ET DE MICROSCOPIE. L'ANALYSE MET EN EVIDENCE L'INFLUENCE DU VIEILLISSEMENT DES RESINES, DES FIBRES ET DES INTERFACES SUR LES MODES DE RUPTURE DU COMPOSITE POUVANT AINSI ETRE TRES DIFFERENTS AVANT ET APRES VIEILLISSEMENT. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE A LA MODELISATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES A ARMURE HYBRIDE OU NON DANS LES DOMAINES ELASTIQUES ET JUSQU'A RUPTURE. A PARTIR D'UNE DECOMPOSITION DE LA CELLULE DE BASE, L'APPLICATION DE LA THEORIE DU STRATIFIE PERMET DE DETERMINER LES PROPRIETES ELASTIQUES 3D DU COMPOSITE EN FONCTION DES CONSTITUANTS, DE L'ARMURE, DU TITRE DES MECHES ET DES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES PUIS DE PREDIRE LES RUPTURES LOCALES ET FINALES DU COMPOSITE APRES PRISE EN COMPTE DES ENDOMMAGEMENTS SUCCESSIFS DES CONSTITUANTS (RESINE ET MECHES). LE MODELE ABOUTIT A UN LOGICIEL DE CALCUL NOMME MESOTEX PERMETTANT D'ANALYSER AISEMENT L'INFLUENCE DES PARAMETRES STRUCTURAUX (TITRE DES MECHES, ARMURE, QUANTITE DE RESINE ET HYBRIDATION) SUR LES PROPRIETES ELASTIQUES ET A RUPTURE DU COMPOSITE. L'ETUDE PARAMETRIQUE CONDUIT A FACILITER LE CHOIX D'UN MATERIAU ET D'ATTEINDRE UN COMPROMIS COUT/MASSE/PERFORMANCE OPTIMISE.
Book Description
Dans cette étude une modélisation tridimensionnelle est entreprise sur les matériaux composites avances a fibres tissées. Notre théorie tient compte des caractéristiques de chargement (type et direction) et du comportement plastique ou élastique non-livraison du composite. La forme incrémentale pour les déformations et les contraintes permet le calcul pas a pas avec un chargement quelconque décompose lui aussi en incréments. Pour le comportement en élasticité linéaire et non linéaire nous proposons un modèle qui permettrait d'identifier les caractéristiques mécaniques a différents angles a l'aide d'une surface quadratique a iso-deformation. Pour la partie endommagement et rupture nous introduisons un tenseur d'endommagement oriente non symétrique qui dépend du niveau de déformation plastique. Le critère de rupture de Hill est repris et réactualise avec des paramètres dépendant du type de chargement
Author: Christiane El Hage Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 340
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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.
Author: Bernard Douchin Publisher: ISBN: 9782110919366 Category : Languages : fr Pages : 124
Book Description
la thèse porte sur la prédiction des mécanismes d'endommagement qui se développent au sein des composites stratifies. La modélisation de tels mécanismes est basée sur une mesomodelisation, élaborée au l.m.t.-cachan, et developpee depuis près de 15 ans. Des progrès restent a faire au niveau de la simulation, car les méthodes incrémentales classiques ne sont pas adaptées aux phénomènes alliant de nombreuses difficultés (localisation brutale, endommagement), et la thèse concerne l'élaboration d'une méthode de résolution rapide et robuste, visant a réduire considérablement les coûts, et a maîtriser les calculs. Cette stratégie de résolution est basée sur la méthode latin, non-incrementale, proposée par ladeveze en 1985. Cette approche, appliquée à de nombreux problèmes par ailleurs, a montre d'importants intérêts pour le traitement de problème de grandes tailles. afin d'en vérifier la faisabilité, l'extension de cette méthode aux cas des matériaux adoucissants s'est concrétisée par la mise en uvre sous matlab d'un logiciel prototype, dédie a la résolution de problèmes unidimensionnels elasto-plasto-endommageables, décrivant avec robustesse la ruine complète par endommagement du matériau. Par ailleurs, un estimateur d'erreur a été défini, afin de pouvoir valider les calculs déjà effectues. Cet estimateur, base sur la notion d'erreur en relation de comportement, étend le concept d'erreur en dissipation aux matériaux endommageables. Lorsque le comportement est exprime sous forme standard, on construit 2 contributions a l'erreur, l'une sur les lois d'état et l'autre sur les lois d'évolution, en utilisant les propriétés de la transformée de legendre-fenchel, a partir des potentiels convexes régissant les lois de comportement. Cet estimateur d'erreur est utilise comme critère d'arrêt de l'algorithme itératif latin, et permet en outre l'adaptation des paramètres de discrétisation par un contrôle fin du calcul d'une part, et une diminution du coût de celui-ci d'autre part.
Author: Noureddine Benseddiq Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 192
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La deuxième thématique concerne la rupture et la fatigue des matériaux hyperélastiques de type élastomère, dans le cas d'un chargement multiaxial : - Concernant la rupture, un critère généralisé a été introduit, en utilisant les élongations principales logarithmiques. Ce critère a été validé expérimentalement sur 4 matériaux différents et pour différents trajets de chargement, ainsi que pour des champs présentant de forts gradients de déformation comme dans le cas des fissures sollicitées en mode mixte - Pour la fatigue une extension aux grandes déformations du critère de densité d'énergie de fissuration a été développée. Ce critère représente tout ou une partie de la densité d'énergie de déformation disponible pour créer une fissure dans un matériau sain, suivant une direction donnée. L'implémentation de ce critère dans un code d'éléments finis a permis de traiter des structures complexes en utilisant différentes densités d'énergies. Les résultats des essais en traction uniaxiale, en cisaillement pur et en torsion ont montré que ce critère permet de corréler correctement tous les résultats expérimentaux.
Author: Redouane Lombarkia Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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L'un des défis majeurs de la simulation numérique de la résistance au crash des structures composites aéronautiques est de pouvoir prédire les endommagements, leur initiation, leur évolution au cours de l'écrasement, et l'énergie absorbée, à partir d'un nombre limité de propriétés matériaux. Le but de la thèse est d'améliorer la compréhension des mécanismes élémentaires impliqués dans l'écrasement des composites à renforts tissés taffetas (plain weave PW) fabriqués en ou hors autoclave à base d'Époxyde et de fibres de carbone et de développer un modèle numérique performant. Ce rapport présente une investigation numérique et expérimentale effectuée au sein du département de Génie Mécanique à l'Université Laval dans le cadre du projet CRIAQ Comp-410 "Impact Modeling of Composite Aircraft Structures" en collaboration avec l'Université de Waterloo, Bombardier Aerospace, Bell Helicopter, le conseil national de recherche du Canada et DRDC-Valcartier. L'objectif principal est de développer des méthodes de simulations numériques prédictives pour différentes vitesses de crash des composites tissés. La démarche consiste en deux grandes étapes, une étude du crash en quasi statique et une autre étude dynamique pour voir l'effet du taux d'endommagement. Des simulations numériques avec des modèles de comportements existants dans les codes commerciaux éléments finis ont été effectuées afin de déceler les avantages et les inconvénients de chaque modèle, ensuite, un nouveau modèle 3D est développé pour tenir compte principalement, du délaminage, de la fragmentation, des bandes de pliage, de l'inélasticité et de l'endommagement. En parallèle, un plan expérimental est mis en œuvre pour la validation des différents modèles numériques et pour faire une étude paramétrique des différents paramètres influents, tels que, la forme des sections des éprouvettes, les initiateurs de crash, l'effet de l'échelle des éprouvettes et les séquences d'empilement. La mise en œuvre d'un modèle mathématique performant pour prédire le comportement mécanique des structures composites soumises au crash est une lourde tâche avec de multiples paramètres de matériaux et mécanismes de déformation à prendre en considération. Cette thèse peut être considérée comme une nouvelle contribution à l'avancement de la compréhension du processus d'endommagement lors du crash des matériaux composites. Le nouveau code numérique éléments finis développé a été validés expérimentalement et une étude de sensibilité des paramètres a été effectuée pour mesurer l'effet et le degré d'influence de chaque paramètre sur la précision de la solution finale.
Book Description
Ce travail concerne le développement d'une approche multiéchelle du comportement mécanique adaptée aux matériaux composites à renfort tissé. Le modèle DMD (Discrete Micro Damage) proposé repose sur une description de l'architecture du renfort tissé et de l'arrangement des constituants, de leurs propriétés et de leurs modes d'endommagement. Les variables internes du modèle décrivent directement l'état de fissuration du matériau et les décohésions associées. L'endommagement est introduit sous forme discrète dans des cellules élémentaires représentatives du matériau. Les effets de l'endommagement sont ensuite calculés grâce à des essais numériques d'homogénéisation. Des outils de changement d'échelle spécifiques nécessaires au calcul numérique ont été développés afin de prendre en compte les particularités des composites tissés. Le modèle DMD est identifié et validé pour un matériau composite tissé multicouche à matrice céramique. Enfin, le modèle est implanté dans le code de calcul ZéBuLoN et appliqué à trois cas-tests de calcul de structure.
Author: Lionel Marcin
Author: Lionel Marcin
Author: Nathalie Godin
Author: Louis Gauthier
Author: Daniel Scida
Author: Moez Chafra
Author: Christiane El Hage
Author: Bernard Douchin
Author: Noureddine Benseddiq
Author: Redouane Lombarkia
Author: Guillaume Couégnat