Rupture des composites tissés 3D : de la caractérisation expérimentale à la simulation robuste des effets d'échelle - ONERA - Office national d'études et de recherches aérospatiales Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Failure of 3D woven composites: from experimental characterization to robust simulation of scale effects

Rupture des composites tissés 3D : de la caractérisation expérimentale à la simulation robuste des effets d'échelle

Résumé

This work aims to describe and quantify the failure mechanisms of 3D woven composites under quasi-static tensile loading and to implement an adapted and robust numerical simulation method, that can be applied in industry. To this end, an experimental study was carried out to quantify the propagation of cracks in these materials. Thus, a crack propagation scenario was established, thanks to the multi-instrumentation used during the tests. The experimental campaign was carried out on specimens of various geometries and sizes and highlighted significant variations in the fracture toughness with the test conditions. A modelisation framework introducing internal lengths was then presented and adapted to 3D woven composites. This framework is supported by the identification of the failure mechanisms subsequent to the analysis of the crack profile. The introduced lengths were thus related to the weaving parameters. A method for identifying the parameters was proposed and the consequences of this behaviour on the design of the composite parts discussed. Finally, these results were transferred to robust numerical simulations. Regularisation methods of continuous damage models were presented and evaluated in terms of their ability to ensure, on the one hand, the robustness of the results and, on the other hand, the correct transcription of experimental size effects. Taking into account these numerical and physical considerations led us to propose a Non-Local damage model. A method for identifying the parameters and the internal length on experimental data was proposed.
Ces travaux s’attachent à décrire et quantifier les mécanismes de ruptures des composites tissés 3D sous chargement de traction quasi-statique et à mettre en place une méthode de simulation numérique adaptée et robuste, pouvant à terme être appliquée en bureau d’études. Dans cette optique, une étude expérimentale a été menée afin de quantifier la propagation de fissures dans ces matériaux. Celle-ci a permis de mettre en place un scenario de rupture, en tirant parti de la multi-instrumentation des essais. L’étude a également été effectuée sur des éprouvettes de géométries et de tailles variées et a mis en évidence d’importantes variations du taux de restitution d’énergie avec les conditions d’essai. Un formalisme d’analyse et de modélisation introduisant des longueurs internes a ensuite été présenté et adapté aux mécanismes de rupture des composites tissés 3D. Ce formalisme est étayé par la recherche des mécanismes à l’aide de l’analyse des faciès de rupture. Les longueurs introduites ont ainsi été mises en relation avec les paramètres du tissage. Une méthode d’identification des paramètres a été proposée et les conséquences de ce comportement sur le dimensionnement de pièces composites discutées. Enfin, le transfert de ces résultats a été effectué vers des simulations numériques robustes. Des méthodes de régularisation des modèles d’endommagement continu ont été présentées et évaluées à l’aune de leur capacité à assurer, d’une part, la robustesse des résultats et, d’autre part, la bonne retranscription des effets d’échelle expérimentaux. La prise en compte de ces considérations numériques et physiques nous a amené à proposé un modèle d’endommagement Non-Local. Une méthode d’identification des paramètres et de la longueur interne à partir des données expérimentales a été proposée.
Fichier principal
Vignette du fichier
DMAS19100.1564660227.pdf (18.97 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...

Dates et versions

tel-02962865 , version 1 (09-10-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02962865 , version 1

Citer

Victor Médeau. Rupture des composites tissés 3D : de la caractérisation expérimentale à la simulation robuste des effets d'échelle. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace, 2019. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02962865⟩
133 Consultations
36 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More