Sur une stratégie multi-échelle d'analyse des grands délaminages en dynamique transitoire

Towards the multiscale analysis of large delamination in dynamics

• Auteur / Autrice : Chloé Dupleix-Couderc
• Direction : Fabrice Gatuingt, Olivier Allix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, génie civil
• Date : Soutenance le 14/04/2011
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Cartraud, Jean-Jacques Barrau, Benoît Malherbe, Jean-Mathieu Guimard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Umberto Perego, Anthony Gravouil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Composites -- Délaminage

Avions -- Conception et construction

Mots clés libres

Calcul multi-échelle

Composites

Délaminage

Dynamique

Delamination

Composite materials

Multi-scale approach

Résumé

Les matériaux composites sont largement utilisés dans les structures aéronautiques. Les travaux présentés ici visent à mettre en place une méthode de calcul permettant de prédire les délaminages dans ces structures stratifiées soumises à des chargements dynamiques tout en assurant des coûts de calculs compatibles dans un contexte industriel. Une méthode de décomposition de domaine en dynamique est d’abord utilisée, afin de coupler des modélisations et des pas de temps de calcul différents. Une modélisation fine est utilisée uniquement dans les zones en cours de dégradation. Une représentation macroscopique du stratifié par des éléments de coque 3D est développée et employée dans le reste de la structure. Les coûts de calcul sont ainsi réduits tout en assurant une bonne précision des résultats. Pour éviter un remaillage avec l’avancée du délaminage, une approche multi-échelle en temps et en espace est ensuite proposée. Un maillage global de coque 3D de l'ensemble de la structure est défini. Des maillages utilisant une représentation fine du matériau sont utilisés localement. Des pas de temps adaptés sont utilisés dans les deux types de maillage.

The part of composite materials in aeronautic structures is increasing due to their specific properties and the mass reduction they enable. Accurate numerical simulations are thus needed in order to design these structures, particularly to verify if they could resist dynamic charges such as soft bodies impact. Nevertheless, using a refined model to represent phenomenon such as delamination leads to computing time and dofs number incompatible with an industrial context. The aim of the present work is to propose a multi-scale method in space and time to solve dynamic impact problems on laminate structures. A domain decomposition method for dynamic problems is first used to couple different kinds of models and time discretisations. A refined model for the laminate is used in the degradating areas only - elsewhere, a coarser representation using 3D-shell elements is used. This approach reduced the cost of the simulation giving accurate results. To avoid a remeshing due to delamination propagation within the structure, a multi-scale method is then proposed. A global 3D shell elements mesh for the whole structure is defined. Local meshes based on a refined representation of the laminates are used only if required. Coupling between global and local representation is done using velocity field.