Contribution à l'approche numérique multi-échelles pour la modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renfort interlock PDF Download
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Book Description
Les tisseurs "interlock 2.5D" appartiennent à la famille des composites tridimensionnels. Ils apparaissent pour les applications avancées (aéronautiques, spatial, automobile,...) à cause de leurs avantages sur les tisseurs bidimensionnels, surtout en ce qui concerne les bonnes propriétés mécaniques dans la troisième direction (Z). La modélisation des propriétés mécaniques de ce type de composites peut être faite à l'aide de modèles numériques ou analytiques. L'évaluation des propriétés mécaniques par une étude expérimentale donne des résultats plus précis en comparant avec ceux obtenus par les modèles numériques, or le cout important consommé des machines et les échantillons réels des matériaux utilisés, impose la recherche d'une méthode numérique fiable. Partant de ce constat, une nouvelle méthodologie de construction du maillage du volume élémentaire représentatif 'VER' est proposée. La technique consiste à mailler en tétraèdres la matrice (de comportement isotrope) et en hexaèdres les mèches (de comportement isotrope transverse). Afin de réaliser la discrétisation, un modèle géométrique est développé à partir de mesures prises par photomicrographie sur un matériau fourni par une société aéronautique. Le logiciel industriel "Ansys Academic Associate" est utilisé pour résoudre le problème. Des délaminages possibles sont pris en compte grâce à des interfaces de contact. Les rigidités, dépendantes de ces endommagements possibles, sont déterminées dans les trois directions et sont comparées avec les résultats expérimentaux (suivant la direction de trame Y pour le Tisseur4-69) et un modèle analytique. Au-delà des résultats satisfaisants pour le comportement élastique (en accord avec les résultats expérimentaux), le domaine endommagé par un délaminage apparaît correctement décrit, en ayant recours à une approche cohésive privilégiant les concepts de la Mécanique Linéaire Elastique de la Rupture, associés aux sollicitations des Modes I et II.
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Les tisseurs "interlock 2.5D" appartiennent à la famille des composites tridimensionnels. Ils apparaissent pour les applications avancées (aéronautiques, spatial, automobile,...) à cause de leurs avantages sur les tisseurs bidimensionnels, surtout en ce qui concerne les bonnes propriétés mécaniques dans la troisième direction (Z). La modélisation des propriétés mécaniques de ce type de composites peut être faite à l'aide de modèles numériques ou analytiques. L'évaluation des propriétés mécaniques par une étude expérimentale donne des résultats plus précis en comparant avec ceux obtenus par les modèles numériques, or le cout important consommé des machines et les échantillons réels des matériaux utilisés, impose la recherche d'une méthode numérique fiable. Partant de ce constat, une nouvelle méthodologie de construction du maillage du volume élémentaire représentatif 'VER' est proposée. La technique consiste à mailler en tétraèdres la matrice (de comportement isotrope) et en hexaèdres les mèches (de comportement isotrope transverse). Afin de réaliser la discrétisation, un modèle géométrique est développé à partir de mesures prises par photomicrographie sur un matériau fourni par une société aéronautique. Le logiciel industriel "Ansys Academic Associate" est utilisé pour résoudre le problème. Des délaminages possibles sont pris en compte grâce à des interfaces de contact. Les rigidités, dépendantes de ces endommagements possibles, sont déterminées dans les trois directions et sont comparées avec les résultats expérimentaux (suivant la direction de trame Y pour le Tisseur4-69) et un modèle analytique. Au-delà des résultats satisfaisants pour le comportement élastique (en accord avec les résultats expérimentaux), le domaine endommagé par un délaminage apparaît correctement décrit, en ayant recours à une approche cohésive privilégiant les concepts de la Mécanique Linéaire Elastique de la Rupture, associés aux sollicitations des Modes I et II.
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GRACE A DE LEUR RESISTANCE SPECIFIQUE MEILLEURE QUE CELLE DES MATERIAUX METALLIQUES, LES MATERIAUX COMPOSITES SONT DE PLUS EN PLUS UTILISES DANS LA CONSTRUCTION MECANIQUE. EN OUTRE, L'UTILISATION DES TISSUS COMME RENFORTS PERMET UNE MEILLEURE INTEGRITE STRUCTURELLE ET CETTE CARACTERISTIQUE EST UTILISEE POUR ABSORBER L'ENERGIE LORS D'UN CHOC. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'ETUDIER NUMERIQUEMENT LE COMPORTEMENT DE PLAQUES COMPOSITES TISSEES SOLLICITEES EN TRACTION DYNAMIQUE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT MONTRE UNE MEILLEURE TENUE EN ABSORPTION D'ENERGIE DANS LE CAS D'UN RENFORT HYBRIDE VERRE/KEVLAR. NOUS UTILISONS DES ELEMENTS DE LA MECANIQUE DES MATERIAUX COMPOSITES ET DE LA MECANIQUE DE LA RUPTURE POUR DONNER UNE EXPLICATION PRECISE DU PHENOMENE OBSERVE EXPERIMENTALEMENT. UNE APPROCHE NUMERIQUE, UTILISANT LES MODELES DE COMPORTEMENT IMPLEMENTES DANS LES CODES DE CALCUL PAM - CRASH ET DYNA3D, A PERMIS DE MONTRER LA LIMITE DE VALIDITE DES MODELES D'ENDOMMAGEMENT A MODULE REDUIT ET DE RUPTURE PROGRESSIVE. EN EFFET, LA PLUPART DE CES MODELES SONT BASES SUR L'HYPOTHESE D'ENDOMMAGEMENT HOMOGENE ; CE QUI ENTRAINE UNE IMPOSSIBILITE DE REPRESENTER LES PHENOMENES LOCAUX, TELS QUE LA SORTIE D'UN TORON DE FIBRES DE SA GAINE MATRICIELLE. L'ETUDE DES CRITERES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE UTILISES DANS LES COMPOSITES MONTRE QUE POUR LA PLUPART, ILS SONT INADAPTES A NOTRE CAS D'ETUDE ET NE PEUVENT REFLETER LE COMPORTEMENT REEL DU COMPOSITE TISSE. NOUS AVONS, DONC, PROPOSE, IMPLEMENTE ET VERIFIE UN MODELE NUMERIQUE QUI PERMET DE REPRESENTER D'UN POINT DE VUE GLOBAL LES PHENOMENES PHYSIQUES IMPORTANTS DANS L'ABSORPTION D'ENERGIE D'UN MILIEU COMPOSITE TISSE
Author: ERIC.. LE DANTEC Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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CE TRAVAIL CONCERNE LA MODELISATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES MATERIAUX COMPOSITES STRATIFIES A FIBRES LONGUES DE CARBONE HAUTE RESISTANCE. LE MODELE THEORIQUE DE COMPORTEMENT EST CONSTRUIT A L'ECHELLE DU PLI ELEMENTAIRE. IL TIENT COMPTE DE LA MICROFISSURATION TRANSVERSE DE LA MATRICD ET LA DECOHESION FIBRE-MATRICE, DE LA PLASTICITE DE LA MATRICE, DU COMPORTEMENT DIFFERENT EN TRACTION ET EN COMPRESSION DANS LA DIRECTION DES FIBRES. LE PLI ELEMENTAIRE EST SUPPOSE HOMOGENE ORTHOTROPE ELASTO-PLASTIQUE ENDOMMAGEABLE. NOTRE MODELE EST FONDE SUR LA MECANIQUE DE L'ENDOMMAGEMENT QUI DECRIT LES PHENOMENES DE DEGRADATION AU NIVEAU DE LA MECANIQUE DES MILIEUX CONTINUS PAR UN CHANGEMENT DES PROPRIETES DU MATERIAU. LA PERTE DE RIGIDITE EST ICI CHOISIE COMME INDICATEUR D'ENDOMMAGEMENT. UNE APPROCHE MULTICRITERE DE LA RUPTURE, QUI REND COMPTE DES DIFFERENTS MODES DE RUPTURE DU PLI EST PROPOSEE. LE COMPORTEMENT DU STRATIFIE EST OBTENU PAR LA THEORIE CLASSIQUE DES STRATIFIES. UNE STRATEGIE EXPERIMENTALE, QUI NE NECESSITE PAS QUE DES ESSAIS DE TRACTION OU COMPRESSION, EST DEFINIE POUR IDENTIFIER LE MODELE. ELLE EST APPUYEE PAR UNE METHODOLOGIE D'ESSAIS QUI INTEGRE DIFFERENTS CRITERES DE VALIDATION. L'IDENTIFICATION ET LA VERIFICATION DU MODELE PORTENT SUR DEUX MATERIAUX (T300/914, IM6/914)
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DANS LE CONTEXTE INDUSTRIEL ACTUEL, LA MODELISATION NUMERIQUE APPARAIT COMME UN OUTIL NECESSAIRE, ENTRAINANT DES GAINS DE TEMPS ET D'ARGENT IMPORTANTS. LE LOGICIEL FORGE2 MULTIMATERIAUX A ETE DEVELOPPE DANS CE CADRE, AFIN DE MODELISER DES MATERIAUX ELASTOPLASTIQUES OU ELASTO-VISCOPLASTIQUSE EN GRANDES DEFORMATIONS. NOUS PRESENTONS DANS CE MEMOIRE LES DEVELOPPEMENTS QUI ONT ETE REALISES POUR PERMETTRE DE PRENDRE EN COMPTE ET DE GERER PLUSIEURS SOUS-DOMAINES ET PLUSIEURS MATERIAUX, EN INSISTANT SUR LES DIFFICULTES LIEES A LA GESTION DES CONTOURS ET DU REMAILLAGE. NOUS PRESENTONS EGALEMENT LES OUTILS NUMERIQUES INTRODUITS POUR MODELISER LA PROPAGATION QUASI-STATIQUE DE FISSURES DANS LE MAILLAGE. POUR CELA, NOUS INTRODUISONS LES PARAMETRES CARACTERISTIQUES CLASSIQUES EN MECANIQUE DE LA RUPTURE, ET NOUS LES ETUDIONS POUR UNE FISSURE STATIQUE. LA METHODE G, PERMETTANT DE CALCULER AVEC PRECISION LE TAUX DE RESTITUTION D'ENERGIE, EST DEVELOPPEE ET COMPAREE A D'AUTRES METHODES. NOUS ABORDONS ENSUITE L'AMORCAGE ET LA PROPAGATION QUASI-STATIQUE DE FISSURES EN PRESENTANT ET EN COMPARANT TROIS CRITERES DE PROPAGATION : LE CRITERE DE LA CONTRAINTE NORMALE MAXIMALE, LE CRITERE DE LA DENSITE D'ENERGIE DE DEFORMATION MINIMALE ET LE CRITERE DU TAUX DE RESTITUTION D'ENERGIE MAXIMAL. UNE ATTENTION PARTICULIERE EST PORTEE AUX PROBLEMES DE REMAILLAGE ET DE STRUCTURE DU MAILLAGE EN POINTE DE FISSURE. LA CARACTERISTIQUE MULTIMATERIAUX DU CODE PERMET EGALEMENT D'ETUDIER LA PROPAGATION DE FISSURES DANS DES MATERIAUX COMPOSITES. LES EXEMPLES D'APPLICATION PROPOSES MONTRENT LA ROBUSTESSE DES DEVELOPPEMENTS EFFECTUES ET OFFRENT DE NOMBREUSES PERSPECTIVES INTERESSANTES. ENFIN NOUS UTILISONS LES DIFFERENTS OUTILS PRESENTES POUR ETUDIER LES MECANISMES
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CE TRAVAIL CONSTITUE UNE CONTRIBUTION A LA SIMULATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN GRANDES TRANSFORMATIONS, EN STATIQUE ET DYNAMIQUE AVEC UNE ETUDE D'UNE NOUVELLE FORMULATION D'ELEMENTS POUTRES. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS PRESENTONS UNE MODELISATION INTEGRANT UNE CINEMATIQUE DITE HIGHER ORDER MODEL. CELLE-CI PERMET DE DECRIRE LE COMPORTEMENT DES MATERIAUX COMPOSITES ET MULTICOUCHES EN RESPECTANT LES CONTINUITES DES CONTRAINTES DE SCISSION DANS L'EPAISSEUR. LA VALIDATION SUR DES TESTS BIBLIOGRAPHIQUES ET EXPERIMENTAUX A PERMIS DE POSER LES LIMITES DU MODELE EN PETITES DEFORMATIONS. C'EST POURQUOI, NOUS NOUS SOMMES ORIENTES VERS UNE CINEMATIQUE DE GRANDES TRANSFORMATIONS. NOUS AVONS DEVELOPPE UNE NOUVELLE FORMULATION POUTRE PRENANT EN COMPTE CET ASPECT. LA TECHNIQUE UTILISEE EST INSPIREE DES ELEMENTS COQUES SFE. UNE VALIDATION EN FLEXION, TORSION ET ENCASTREMENT, EFFECTUEE PAR RAPPORT A DES CAS THEORIQUES EN PETITES TRANSFORMATIONS ET PAR RAPPORT A UN MODELE 3D POUR LES GRANDES TRANSFORMATIONS, A MONTRE LE BON COMPORTEMENT GLOBAL DES ELEMENTS POUTRES SEULS. DANS LE CAS DE L'UTILISATION DE CES ELEMENTS EN TANT QUE RENFORT LES RESULTATS SONT AUSSI CONCLUANTS. PAR LA SUITE, AFIN D'EXPLORER LES ASPECTS LOI DE COMPORTEMENT, NOUS AVONS ETUDIE LA VISCOELASTICITE DES MATERIAUX COMPOSITES. UNE PREMIERE ETUDE BASEE SUR LA CARACTERISATION DES PARAMETRES NECESSAIRES A PLUSIEURS MODELES NUMERIQUES A MONTRE LA COMPLEXITE DE MISE EN UVRE DE TELLES MODELES ET LA DIFFICULTE D'EXTENSION A UNE MODELISATION 3D. LES NOTIONS TEMPORELLES ETANT INTRODUITES PRECEDEMMENT, IL NOUS A SEMBLE IMPORTANT D'EXPLORER LES ASPECTS TRANSITOIRE ET DYNAMIQUE. UNE METHODE DE RESOLUTION DE CE TYPE DE PROBLEMES, LA METHODE DE NEWMARK A ETE MISE EN PLACE. LES TESTS DE VALIDATIONS SUR DES PIECES INDUSTRIELLES ONT MONTRE DES RESULTATS SATISFAISANTS
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Author: SEGBEHOUIGNAN LOUIS.. DAGBA
Author: Sègbèhouignan Louis Dagba
Author: ERIC.. LE DANTEC
Author: PIERRE-OLIVIER.. BOUCHARD
Author: FABRICE.. GERMAIN