Description géométrique pour la caractérisation mécanique multi-échelles de matériaux composites à renforts textiles 2D et 3D

Geometrical description for the multi-scale mechanical characterization of 2d and 3d textile-reinforced composites

• Auteur / Autrice : David Bigaud
• Direction : Patrice Hamelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Génie civil
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Hamelin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Composites à fibres

Propriétés mécaniques

Fibres textiles

Résumé

Afin de permettre l'identification des caracteristiques de rigidite et de resistance de materiaux composites a renforts textiles 2d et 3d, nous avons developpe une procedure privilegiant leur description geometrique tridimensionnelle. Une comparaison des differents modeles de prevision des proprietes mecaniques de composites a renforts textiles a montre que la modelisation des rigidites ou du comportement jusqu'a rupture d'un materiau anisotrope doit se faire a partir de sous-domaines. Dans cette these, nous developpons des techniques d'homogeneisation s'appuyant sur une approche energetique conduite a differentes echelles. A l'echelle microscopique, la minimisation d'une fonctionnelle derivee de l'energie complementaire permet d'etablir les proprietes d'un composite unidirectionnel en fonction de celles de la matrice et des filaments. A l'echelle mesoscopique, les minimisations simultanees des fonctionnelles d'energie complementaire et de deformation permettent d'encadrer les caracteristiques mecaniques ainsi que les etats de deformations et de contraintes au sein du renfort. Nous integrons a cette echelle des lois statistiques sur la rupture des fils. A l'echelle macroscopique, nous definissons finalement les caracteristiques globales en rigidite ainsi que la fonction d'endommagement de la cellule unitaire - representation locale de la geometrie du renfort. Parallelement, nous avons analyse la cinematique particuliere d'un prototype de machine de tressage cartesien afin d'etablir les lois de prevision des orientations et des repartitions spatiales des fils au sein de composites 3d. La dissection de tresses consolidees permet in fine de definir les relations dynamiques entre les parametres de conception et les caracteristiques materielles des cellules unitaires representatives du composite. La validite des modelisations proposees pour les previsions des proprietes en rigidite et a la rupture de composites a renforts textiles tisses et tresses cartesiens est confirmee par la confrontation avec des resultats experimentaux. En complement d'essais conduits sur des elements de plaques sollicites en traction et en flexion, nous proposons une procedure experimentale s'appuyant sur le dispositif de cisaillement plan d'iosipescu et les techniques d'interferometrie holographique.