Tolérance aux dommages générés par impact de structures composites épaisses. Application aux réservoirs composites hyperbares.

par Nicolas Guillaud

Thèse de doctorat en Mécanique-matériaux

Sous la direction de Philippe Viot.

Soutenue le 26-11-2015

à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux (laboratoire) et de Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux (laboratoire) .

Le président du jury était Stefan Josef Hiermaier.

Le jury était composé de Philippe Viot, Mathilde Weber, Frédéric Dau, Catherine Froustey.

Les rapporteurs étaient Samuel Rivallant, Damien Halm.


  • Résumé

    Cette thèse s'est déroulée dans le cadre du projet TOLEDO (Tolérance aux dommages par impact des réservoirs hyperbares) piloté par Air Liquide en partenariat avec le CEA Le Ripault et l'institut PPRIME.L'hydrogène est stocké au sein de réservoirs de type IV à une pression de service de 700 bar.Ces structures composites présentent comme particularités d'être épaisses (> 30 mm), d'avoir une forte courbure et d'être préchargées en pression lors d'un éventuel impact.Notre travail a montré que ces particularités modifient le type, la quantité et la localisation des différents endommagements couramment observés (rupture de fibres, délaminage et fissuration matricielle).Les endommagements ont pu être quantifiés par le biais de méthodes simples et originales.L'influence des particularités sur le comportement à l'impact a pu être déterminée par l'utilisation de deux dispositifs expérimentaux conçus et réalisés au cours de cette thèse.Le premier permet de précontraindre en tension uniaxiale des plaques composites épaisses.Le second permet de précharger en état de membrane un tube composite ce qui a permis de montrer que le cas d'impact le plus critique vis-à-vis des réservoirs est lorsque ces derniers sont vides.Cette étude a permis de mettre en évidence la criticité des ruptures de fibres sur les pertes de performance au sein des réservoirs hyperbares.Un modèle numérique prenant en compte la dispersion des contraintes à rupture et des différents types d'endommagements a été développé.Il permet d'introduire un endommagement initial et a confirmé certains résultats expérimentaux.

  • Titre traduit

    Damage tolerance generated by impact on thick composite structures. Application to hydrogen composite tanks.


  • Résumé

    This thesis took place within the framework of the project TOLEDO (Tolerance in the damage by impact of the hyperbaric reservoirs) managed by Air Liquide in partnership with the CEA Le Ripault and PPRIME institute.The hydrogen is stored within the type IV vessel at a servive pressure of 700 bar.These composite structures present as peculiarities to be thick (> 30 mm), to have a strong curvature and to be precharged in pressure during a possible impact.Our work showed that these peculiarities modify the type, the quantity and the localization of the various usually observed damages (fiber breakage, délamination and matrix cracking).The damages were able to be quantified by means of simple and original methods.The influence of the peculiarities on the behavior in the impact was able to be determined by the use of two experimental devices designed and realized during this thesis.The first one allows to preload a thick composite plates in uniaxial tension thick composite plates.The second allows to preload in state of membrane a composite pipe and allowed to show that the most critical impact towards reservoirs is when they are empty.This study allowed to highlight the criticality of the fiber breakage on the loss of performance within the hyperbaric reservoirs.A digital model taking into account the dispersal of the failure stress and various types of damages was developed.It also allows to introduce an initial damage and confirm some experimental results.


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