Comportement des matériaux composites à fibres courtes : applications à l'impact basse vitesse

Behaviour of composite material of short fibers : application in the impact low speed

• Auteur / Autrice : Abir Al-Maghribi
• Direction : Jean-Jacques Barrau, Frédéric Lachaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance des matériaux

Plasticité

Composites

Flambage (mécanique)

Matériaux -- Détérioration

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Rupture, Mécanique de la

Composites -- Fatigue

Mots clés libres

Smc

Composite

Impact

Endommagement

Plasticité

Vitesse de déformation

Résumé

L'objectif de cette étude est de modéliser le comportement d'un matériau composite à fibres courtes soumis à des impacts basses vitesses. Le matériau étudié est un matériau composite préimprégné SMC '' Sheet Molding Compound '', composé de résine polyester, de fibres courtes de verre E et charge minérales. Une première partie de l'étude rappel les lois élastoplastiques endommageables de ce type de matériau. Ces lois ont été implantées dans un code de calcul explicite par éléments finis (LS_DYNA et EUROPLEXUS). Des essais de caractérisations des SMC-R sous diverses sollicitations ont été réalisés afin de mettre en place de nouvelles lois de comportement. Les sollicitations sont de types traction simple, traction cyclique Pure, compression pure, compression cyclique pure, couplage de traction-compression, cisaillement simple, cisaillement cyclique, couplage cisaillement -traction et compression dynamique. Une première approche des effets de vitesse de déformation sur le comportement sont mis en place. Les essais ont permit de déterminer les lois d'endommagement et de plasticité afin de les implémenter dans un code de calculs par éléments finis. Les lois obtenues étant nécessaires à l'étude de l'impact. La deuxième partie de l'étude présente l'analyse expérimentale de l'impact. Les impacts ont été réalisés à l'aide d'une machine d'impact à masse tombante pour différentes énergies (4, 8, 12, 16 J). Les défauts après impacts sont contrôlés par RX, ressuage, et analyse microscopique afin d'analyser et quantifier les défauts créés pendant les impacts. Ces analyses ont montré un défaut après l'impact du type tronconique dans l'épaisseur des plaques. Enfin, une comparaison est fait entre les résultats obtenus expérimentalement et ceux obtenues à partir de la simulation numérique explicite. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques a montré que les simulations numériques de l'impact sont en bon accord avec les résultats expérimentaux autant en termes de comportement global (effort et déplacement) qu'en termes de tailles des défauts relevés après impacts.

The objective of this work is to investigate the behaviour of a short fiber composite material subjected to low speed impacts. The studied material is a SMC composite material realized by compressive moulding. A first part of the study gives elastoplastic with damage behaviour of this type of material. These laws were coded into the user defined material subroutine of (LS-DYNA3D and EUROPLEXUS). Characterizations tests of the SMC-R were realized in order to identify non linear behaviour. The tests realized are tensile test, compressive test, shearing test and dynamic compressive test. The tests have allowed us to identify damage behaviour. The obtained behaviour is necessary for the study of impact. The second part of the study presents the experimental analysis of the impact. The impacts were realized for various energies (4, 8, 12, 16 J). The defects after impact tests are controlled by RX testing, US control, and microscopic observation, in the aim to analyze and quantify the defects create during the impacts. These analyses showed a conical defect in the thickness of plates. Finally a comparison is made between the results obtained experimentally and those obtained from an explicit numerical simulation. This comparison shows that the numerical simulations of impact behaviour are in good agreement with the experimental results. The results globally show a global correlation for the load-displacement behaviour and a local correlation for the defect size.