Thèse soutenue

Effets d'échelle dans la rupture des composites unidirectionnels

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Gilles Forêt
Direction : Alain Ehrlacher
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences appliquées. Physique
Date : Soutenance en 1995
Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Chabert, Jean-Louis Chaboche, Dominique Leguillon, Françoise Léné
Rapporteurs / Rapporteuses : J. Lamo, Jacques Renard

Résumé

FR

Nous nous intéressons dans ce travail à la rupture en traction des matériaux composites unidirectionnels dans la perspective de leur utilisation comme câbles de prétrainte. Le comportement de type élastique-fragile de ces matériaux impose de prendre en compte l'aléa de résistance, afin de prédire les effets d'échelle. Pour étudier ce problème, nous avons simulé numériquement la rupture des composites unidirectionnels à l'aide d'un modèle mécanique à cinématique uniaxiale. Nous avons réalisé pour chaque géométrie un très grand nombre de simulations afin d'obtenir une statistique de rupture au voisinage des faibles résistances très précises. Nous avons étudié deux mécanismes d'endommagement, rupture des fils et décohésions entre fils (un fil peut être constitué d'une ou plusieurs fibres, sa section étant caractéristique de la finesse de discrétisation du modèle). Nous avons alors constaté qu'un effet d'échelle de longueur de type chaine décrivait correctement nos simulations de rupture pour différentes longueurs dès que l'on pouvait négliger les effets d'extrémité et, d'un point de vue pratique, que la queue de distribution des faibles résistances n'obéit plus à une loi du type rupture de la structure au premier endommagement. L'extrapolation des courbes de distribution des résistances a permis de proposer le concept de résistance utile d'un jonc en acceptant une certaine probabilité de rupture. Cette résistance utile peut être très largement supérieure à celle utilisée actuellement en appliquant un coefficient de sécurité de 0,5 à la résistance moyenne. L'utilisation de ce concept de résistance utile pourrait alors réduire la quantité de matière et évidemment les coûts. Un autre apport du travail est issu de l'étude des effets d'échelle de section. Nous sommes en effet arrivés à démontrer que pour un usage donne (longueur, probabilité de rupture admissible) il existe une section optimale de jonc donnant la meilleure résistance utile