Étude du comportement mécanique des matériaux composites par corrélation volumique : Application à l’analyse des effets du cisaillement transverse

Study of mechanical behavior of composite materials by digital volume correlation : Application to the transverse shear effects analysis

• Auteur / Autrice : Romain Brault
• Direction : Moussa Karama
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 04/10/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production / LGP

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux composites

Cisaillement transverse

Corrélation volumique

Tomographie RX

Modélisation numérique

Identification

Composite materials

Transverse shear

Volume correlation

Tomography

Numerical modeling

Identification

Résumé

De nombreuses études ont été menées sur les matériaux composites, concernant le comportement mécanique à l’échelle macroscopique. D’autre part, le développement continu des techniques de détection et de mesures de champs permet d’aller plus loin dans l’analyse des structures complexes, dont les matériaux composites. Ainsi, la corrélation volumique (DVC) basée sur des acquisitions de la structure interne à différents états de déformation, permet la mesure du champ des déplacements dans le volume des échantillons. Le gauchissement des sections dû aux contraintes de cisaillement transverse est un phénomène propre aux structures anisotropes comme les structures composites. De nombreuses études traitent du développement des modèles analytiques pour la modélisation numérique et la détermination des déplacements avec le plus de précision possible. Ainsi, de nombreux modèles existent, certains très complexes, pour la prise en compte de ce phénomène dans l’étude des structures multicouches. L'objectifs de ce travail doctoral est d’utiliser les mesures de champs issues de la corrélation volumique couplée à la tomographie rayons X, pour visualiser le gauchissement des sections pour un cas de sollicitation de flexion trois points. Une méthode de mesure ainsi qu’un système de chargement in-situ spécifique sont développés dans ce travail de recherche. Les modèles analytiques existants sont évalués et comparés à partir de mesures expérimentales. Aussi, un nouveau modèle est également proposé à partir d'une identification numérique, basée sur les mesures de champs volumiques réalisées. Les résultats de ce travail de thèse permettront une meilleure compréhension du phénomène physique rencontrés lors de l’utilisation des matériaux composites et pourront envisager des pistes d’optimisation de leur conception et de leur mise en œuvre.

The complex mechanical behaviour of composite materials, due to internal heterogeneity and multi-layered composition impose deeper analysis. Several studies have already been conducted on the composite structures mechanical behavior at the macro level. On the other hand, the continuous development of detection techniques and field measurements can now go further in the analysis of complex structures, including composites. Thus, the digital volume correlation (DVC) based on the acquisition of the internal structure at different deformation states, allows the measurement of displacement fields through the thickness of the specimen. Warping sections due to transverse shear is a phenomenon linked to anisotropic structures, such as composite structures, which has been the subject of many studies to develop analytical models for the numerical modeling and the determination of displacements with the greatest possible precision. Many theories and models exist, some very complex, for the consideration of this phenomenon .. One goal of this doctoral work is to use measurements from the density correlation to determine whether these models the effects of transverse shear are physically consistent, and if their validity is good in the case of a kinematic measurement volume. A second objective of this thesis is to acquire know-how in the processing of information resulting from acquisitions by X-ray tomography In this sense, several studies are planned for the treatment and use of this information in an industrial context. The results of this work will provide a better understanding of physical phenomena encountered in the use of composite materials to generate optimization of their design and implementation paths.