Une modélisation des ponts de fibres pour le délaminage des matériaux composites PDF Download
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Dans ce travail nous nous intéressons à la modélisation d'un délaminage existant dans un matériau composite à fibres longues et à matrice organique. Plus précisèment, il porte sur la modélisation de la contribution des ponts de fibres à l'énergie dissipée lors d'essais de délaminage en mode I, mode II et mode mixte. L'idée directrice est qu'il existe pour tous ces modes de rupture un T.R.E. caractéristique de l'initiation et que l'apparition d'un pont de fibres pendant la propagation entraîne une augmentation suivie d'une stabilisation de l'énergie dissipée. Ce pont de fibres est modélisé par une densité de ressorts endommageable le long d'une partie de la fissure. Cette modélisation nous permet de simuler numériquement différents tests standards de délaminage, comme le D.C.B., le E.L.S. et le M.M.F.S., à l'aide de la méthode de Newton-Raphson, tout en tenant compte de la création puis du transport du pont de fibres. Cette approche nous permet de conserver des critères de rupture simples et efficaces. Les résultats obtenus sont en accord avec les différentes observations expérimentales de la littérature
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Dans ce travail nous nous intéressons à la modélisation d'un délaminage existant dans un matériau composite à fibres longues et à matrice organique. Plus précisèment, il porte sur la modélisation de la contribution des ponts de fibres à l'énergie dissipée lors d'essais de délaminage en mode I, mode II et mode mixte. L'idée directrice est qu'il existe pour tous ces modes de rupture un T.R.E. caractéristique de l'initiation et que l'apparition d'un pont de fibres pendant la propagation entraîne une augmentation suivie d'une stabilisation de l'énergie dissipée. Ce pont de fibres est modélisé par une densité de ressorts endommageable le long d'une partie de la fissure. Cette modélisation nous permet de simuler numériquement différents tests standards de délaminage, comme le D.C.B., le E.L.S. et le M.M.F.S., à l'aide de la méthode de Newton-Raphson, tout en tenant compte de la création puis du transport du pont de fibres. Cette approche nous permet de conserver des critères de rupture simples et efficaces. Les résultats obtenus sont en accord avec les différentes observations expérimentales de la littérature
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE D'ETUDIER EXPERIMENTALEMENT ET NUMERIQUEMENT LA PROPAGATION DU DELAMINAGE PAR FLAMBAGE LOCAL DE COMPOSITES A MATRICES ORGANIQUES (T300/914C ET AS4/PEEK). UNE ETUDE EXPERIMENTALE COMPARATIVE DE CES DEUX MATERIAUX ET DE DIFFERENTES SEQUENCES D'EMPILEMENT, A ETE REALISEE. ENSUITE, L'OBJECTIF DE L'ETUDE NUMERIQUE A ETE DE METTRE EN PLACE LES OUTILS NUMERIQUES NECESSAIRES A L'UTILISATION DE CRITERES DE MECANIQUE DE LA RUPTURE DANS LE BUT DE PREDIRE LA PROPAGATION DU DELAMINAGE. POUR CELA, DEUX ETUDES PRELIMINAIRES ONT ETE MENEES : - LA CARACTERISATION DE L'EVOLUTION DE L'ENDOMMAGEMENT DES DEUX MATERIAUX A ETE REALISEE EXPERIMENTALEMENT SUR DES EPROUVETTES DE TRACTION. PAR LA SUITE, UN MODELE THEORIQUE D'ENDOMMAGEMENT A ETE APPLIQUE A NOS RESULTATS ET A PERMIS DE MONTRER LES DIFFERENCES DE COMPORTEMENT ENTRE LES DEUX MATERIAUX. UNE COMPARAISON ENTRE LE COMPORTEMENT EXPERIMENTAL ET UN MODELE NUMERIQUE PARTICULIER FORMULE EN THEORIE DES GRANDS DEPLACEMENTS A ETE REALISEE SUR PLUSIEURS STRATIFICATIONS EN VUE D'UNE UTILISATION POUR L'ANALYSE NUMERIQUE DU DELAMINAGE PAR FLAMBAGE LOCAL. LE SUIVI DES ESSAIS EXPERIMENTAUX PAR EMISSION ACOUSTIQUE A ABOUTI A L'ETABLISSEMENT D'UN CRITERE ACOUSTIQUE DE SATURATION DE L'ENDOMMAGEMENT. - L'INFLUENCE DE L'ORIENTATION DES FIBRES A L'INTERFACE SUR LES VALEURS DE TAUX DE RESTITUTION D'ENERGIE CRITIQUE A ETE REALISEE EN MODE I (DCB) ET II (ENF) AFIN D'AFFINER L'UTILISATION DES CRITERES DE PROPAGATION DU DELAMINAGE. POUR CHAQUE ETUDE, LE SUIVI PAR EMISSION ACOUSTIQUE A PERMIS D'AFFINER LA DETECTION DE L'ENDOMMAGEMENT. CES DEUX ETUDES APPLIQUEES A L'ANALYSE DU DELAMINAGE PAR FLAMBAGE LOCAL, ONT CONTRIBUE A LA DETERMINATION NUMERIQUE DE LA DIRECTION ET DE L'EFFORT DE PROPAGATION DU DELAMINAGE. PAR LA SUITE, L'INTRODUCTION DE L'ENDOMMAGEMENT DES PLIS FLAMBES A PERMIS DE SIMULER L'APPARITION DE MACROFISSURES ET LA VARIATION DE LA DIRECTION DE PROPAGATION DU DELAMINAGE.
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La mise en œuvre des matériaux composites, fait souvent appel à des procédés d'usinage conventionnel, comme l'opération de perçage utilisée lors de l'assemblage de structures par rivetage. Ces opérations peuvent générer dans la pièce usinée différents types d'endommagement: arrachement des fibres, rupture de la matrice, délaminage intralaminaire et interlaminaire, dégradation thermique de la matrice, ce qui peut provoquer une baisse des performances mécaniques de la structure. L'objectif de la thèse est de mettre en place un modèle numérique scientifiquement rigoureux pour analyser l'usinage des composites CFRP et prédire les mécanismes d'endommagement induits par l'outil coupant. Ce modèle basé sur une loi constitutive mésomécanique combine l'effet de la chute de rigidité dans le comportement du matériau, la plasticité, l'initiation et l'évolution de l'endommagement durant le processus d'usinage. Ensuite, deux modèles 2D et 3D adoptant un schéma explicite ont été implémentés via la sub-routine VUMAT dans Abaqus. Le délaminage interplis a été pris en considération à l'aide des éléments cohésifs disponibles dans le code ABAQUS/Explicit. Ce travail a permis de reproduire de manière réaliste les opérations de coupe orthogonale et de perçage des composites CFRP en termes de processus de formation du copeau, la prédiction des forces de coupe et celle de l'endommagement induit. Ces études ont montré que l'orientation des fibres et la profondeur de coupe sont les paramètres les plus influents en coupe orthogonale tandis que pour le perçage se sont les vitesses d'avance et la géométrie des outils.
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Cette étude aborde le problème du délaminage en choc des matériaux composites stratifiés, par la Mécanique de la Rupture. Résultats obtenus - Conception et réalisation d'un dispositif d'essai de délaminage à grande vitesse en mode d'ouverture. - Adaptation d'une nouvelle éprouvette S.P.E.(Simple Poutre Encastrés) pour les essais à grande vitesse. - Application du calcul par Eléments Finis (E.F.) pour confirmer les énergies d'amoçage expérimentales et montrer la validité des essais de délaminage en mode d'ouverture sur la nouvelle éprouvette SPE; -Détermination des énergies de rupture de délaminage dans deux gammes de vitesses de sollicitation : . faibles vitesses : 1, 10 et 500 mm/mn ; . grande vitesse (proche de celle d'un choc) : 3 m/s.et cela sur 12 couples fibre/résine : . 4 types de fibres : Verre unidirectionnel, Verre Tissu, Carbone unidirectionnel, Carbone Tissu ; .2 types de résines : Epoxy (B8), Epoxy + charges CTEN (B8+CTEN). - L'influence de la vitesse sur les propriétés mécaniques et les tenacités de la résine pure est aussi étudiée. - Un modèle micromécanique mettant en évidence l'influence de la vitesse sur les énergies de délaminage des matériaux composites stratifiés est avancé. - L'analyse des phénomènes mécaniques d'amoçage et de propagation du délaminage est appuyée par des observations sur microscope électronique à balayage.
Author: Ian Silversides Publisher: ISBN: 9780494932872 Category : Languages : en Pages : 218
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Cette étude, basée sur la surveillance des ondes d'émission acoustique (E.A.), présente le développement d'une approche de prédiction de l'initiation de la délamination de pièces composites soumises à des chargements statiques et en fatigue. La surveillance des ondes d'E.A. fait parti d'un nombre restreint de méthodes pouvant détecter, en continu, l'apparition et la croissance de dommages dans les matériaux composites. L'approche est comparée à des méthodes conventionnelles ainsi qu'à une modélisation numérique pour des composites à fibre de carbone unidirectionnels et tissés, sur une gamme de rapports de mode mixte. Le présent mémoire met en lumière les différentes étapes abordées durant l'étude. L'utilisation des matériaux composites est mise en contexte au premier chapitre. La complexité des matériaux composites ainsi que la nécessité de modèles de prédiction fiables sont soulignées. Le deuxième chapitre contient une revue de la littérature et présente les outils disponibles pour analyser le délaminage et bâtir un modèle prédictif de sa propagation. Les sujets traités sont la délamination dans un contexte de mécanique de la rupture, la modélisation numérique d'une propagation de fissure, l'approche du monitorage par émission acoustique puis l'analyse fractographiques des surfaces de rupture. Les résultats des essais mécaniques et de la modélisation sont présentés sous forme d'article dans le troisième chapitre. Des essais statiques et en fatigue ont permis de calculer le taux de restitution d'énergie de déformation à l'initiation de la délamination selon des méthodes classiques pour ensuite les comparer à une méthode développée, basée sur le suivi des ondes d'émission acoustique. Une série d'essais de propagation de la délamination en fatigue ont permis d'observer des corrélations entre les émissions acoustiques, la longueur de la délamination, la vitesse de croissance des fissures et la sévérité du chargement. Finalement, une méthodologie de reconnaissance des formes non supervisée est présentée afin de discriminer les signaux d'E.A. d'amorçage et de propagation de fissure du bruit associé à la fatigue.
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Dans le domaine de la construction, le béton armé est un matériau le plus couramment utilisé pour construire des bâtiments, des ponts...Avec sa grande histoire, il y a un très grand nombre d'ouvrages qui se retrouve dégradé pour de multiples raisons tels que les accidents routiers, l'évolution de trafic, les modifications de chargement dans les bâtiments ou les actions climatiques... Pour résoudre ces problèmes, deux possibilités principales s'offrent aux maitres d'ouvrage : la reconstruction ou la réparation. La reconstruction est une solution intéressante mais coûte très cher et ne peut pas être appliquée pour tous les ouvrages (ouvrages historiques ...) La deuxième solution est donc souvent utilisée pour maintenir les ouvrages dans un bon état de service. Une des méthodes de réparation couramment utilisée consiste à l'application de matériaux composites pour renforcer les structures béton armé. Les coûts relativement acceptables et la mise en oeuvre rapide en font une solution technique de plus en plus appréciée. La technique de renforcement par matériaux composites se traduit par l'encollage de tissu ou de plats réalisés à partir de fibres de carbone ou de verre sur un support en béton. Ces types de matériaux ne sont pas d'origine naturelle, leur production provoque de forts impacts sur l'environnement et de plus, ces matériaux ne sont pas dégradables à leur fin de vie. Donc pour répondre à la question du développement durable qui demande que tous les domaines respectent l'environnement, un nouveau matériau écologique pouvant remplacer ces matériaux dans le renforcement de structure béton armé est toujours demandé. La fibre de Lin est un matériau d'origine naturelle qui présente de bonnes propriétés mécaniques. A l'heure actuelle, la fibre de Lin est appliquée dans plusieurs domaines : l'automobile, le sport, ... Dans le domaine génie civil, avec ses bonnes propriétés mécaniques, la fibre de lin peut être utilisée dans le domaine du renforcement des structures béton armé en substitution des fibres courantes (fibre de carbone, fibre de verre...) Le but de cette thèse est l'évaluation de la capacité d'utilisation des fibres de Lin dans le renforcement de poutres béton armé. L'étude se focalisera au cas de renforcement au cisaillement qui n'est pas bien documenté dans la littérature, sui sera comparé avec le renfort par des fibres de carbone. Le programme expérimental est réalisé sur des tests de flexion 3 points avec la charge approche de l'appui pour avoir un fort effort tranchant dans la zone intéressée sur des poutres rectangulaires et des poutres en T. Les poutres sont renforcées par des tissus de lin bidirectionnels et unidirectionnels et par différentes configurations de renforcement. Les normes de calcul ACI, FIB, CSA, CNR-DT... recommandées pour calculer des structures avec des renforts de carbone et de verre dans le renforcement au cisaillement sont appliquées afin de vérifier leur efficacité dans le cas d'un renforcement par fibres de lin. Enfin un modèle numérique est étudié par la méthode des éléments finis pour reproduire le comportement des poutres renforcées par fibre naturelle afin d'étudier les paramètres qui jouent un rôle important dans le renforcement au cisaillement des poutres béton armé par fibre de lin. Les résultats montrent que le renfort par fibre de Lin présente des effets significatifs dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé (augmentation de la résistance de cisaillement de 10% à 33%). Le renfort par fibres de Lin présente une capacité mécanique équivalence à celle de fibre de carbone dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé et un potentiel dans le renforcement de structure béton armé. Les résultats du modèle numérique par la méthode des éléments finis traduisent un comportement similaire à ceux enregistrés lors des essais expérimentaux.
Author: Jacob Fish Publisher: Oxford University Press ISBN: 0199233853 Category : Mathematics Languages : en Pages : 631
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Small scale features and processes occurring at nanometer and femtosecond scales have a profound impact on what happens at a larger scale and over an extensive period of time. The primary objective of this volume is to reflect the state-of-the-art in multiscale mathematics, modeling, and simulations and to address the following barriers: What is the information that needs to be transferred from one model or scale to another and what physical principles must be satisfied during thetransfer of information? What are the optimal ways to achieve such transfer of information? How can variability of physical parameters at multiple scales be quantified and how can it be accounted for to ensure design robustness?The multiscale approaches in space and time presented in this volume are grouped into two main categories: information-passing and concurrent. In the concurrent approaches various scales are simultaneously resolved, whereas in the information-passing methods the fine scale is modeled and its gross response is infused into the continuum scale. The issue of reliability of multiscale modeling and simulation tools which focus on a hierarchy of multiscale models and an a posteriori model of errorestimation including uncertainty quantification, is discussed in several chapters. Component software that can be effectively combined to address a wide range of multiscale simulations is also described. Applications range from advanced materials to nanoelectromechanical systems (NEMS), biologicalsystems, and nanoporous catalysts where physical phenomena operates across 12 orders of magnitude in time scales and 10 orders of magnitude in spatial scales.This volume is a valuable reference book for scientists, engineers and graduate students practicing in traditional engineering and science disciplines as well as in emerging fields of nanotechnology, biotechnology, microelectronics and energy.
Author: Pavel Krivenko Publisher: BoD – Books on Demand ISBN: 1789855675 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 166
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Concrete made using mineral cements, the raw materials which on earth are practically endless, is known as one of the oldest building materials and during the last decades of the twentieth century has become a dominant building material for general use. At the same time, the requirements of the quality of concrete and its performance properties, in particular compressive strength, durability, economical efficiency, and low negative impact of its manufacture on the environment have not yet been completely met. Bearing these requirements in mind, researchers and engineers worldwide are working on how to satisfy these requirements. This book has been written by researchers and experts in the field and provides the state of the art on recent progress achieved on the properties of concrete, including concrete in which industrial by-products are utilized. The book is dedicated to graduate students, researchers, and practicing engineers in related fields.
Author: Peter Wriggers Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3540317619 Category : Science Languages : en Pages : 393
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This carefully edited book offers a state-of-the-art overview on formulation, mathematical analysis and numerical solution procedures of contact problems. The contributions collected in this volume summarize the lectures presented by leading scientists in the area of contact mechanics, during the 4th Contact Mechanics International Symposium (CMIS) held in Hannover, Germany, 2005.
Author: Loïc Daridon
Author: Loïc Daridon
Author: Frédéric Lachaud
Author: Sofiane Zenia
Author: 
Author: Nourredine Boudjemaa
Author: Ian Silversides
Author: Minh Duc Ngo
Author: Jacob Fish
Author: Pavel Krivenko
Author: Peter Wriggers