Modélisation basée images du comportement thermomécanique de composite C/C

Image-based modeling of the thermomechanical behavior of a C/C composite

• Auteur / Autrice : Morgan Charron
• Direction : Gérard Louis Vignoles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie de la matière condensée
• Date : Soutenance le 27/09/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Samuel Forest
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Louis Vignoles, Samuel Forest, Romana Piat, Lionel Gélébart, Olivier Caty, Guillaume Couégnat, Fabrice Marteau, Alixe Dekeyrel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Romana Piat, Lionel Gélébart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie

Analyse multiéchelle

Mots clés libres

Modélisation

Composites

Carbone/carbone

Approche multiéchelle

Tomographie

Modeling

Composites

Carbon/carbon

Multiscale approach

Tomography

Résumé

Les composites C/C sont principalement utilisés dans les applications à très haute température et notamment dans le domaine du spatial. Savoir concevoir ces matériaux est essentiel pour améliorer leurs performances et diminuer les coûts de production. Ce mémoire présente le développement d’un modèle multiéchelle basé images du comportement thermomécanique d’un composite C/C à renfort 3Daiguilleté. L’utilisation de méthodes classiques ne permet pas de décrire correctement cette architecture très complexe. La méthode CEPI (Computing Effective Properties using Images) présentée s’appuie d’une part sur les propriétés des constituants, dont certaines ont été caractérisées au laboratoire, etd’autre part sur l’architecture de ces matériaux, qui a été obtenue à partir d’une image tomographique.Les propriétés mesurées des constituants ont été directement utilisées dans un modèle microscopique de fil idéal, le modèle macroscopique étant lui directement basé sur l’image de tomographie. Les paramètres des calculs aux différentes échelles ont ensuite été étudiés et discutés pour en déterminer l’influence et permettre de valider certaines hypothèses. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a enfin permis de valider la méthode CEPI sur le comportement mécanique linéaire et de mettre en avant les principaux axes d’améliorations pour le comportement en dilatation des ces composites.

C/C composites are used in very high temperature applications, especially in space activities. The ability to design these materials is essential in order to enhance their performances and lower their production costs. This work introduces an images-based multiscale modeling of the thermomechanical behavior of a C/C needled composites. Standard methods cannot describe this very complex architecture.The CEPI model (Computing Effective Properties using Images) is based on one hand on the components properties, some of them having been characterized in the laboratory, and on the other hand on the architecture of the material which is directly obtained using tomography images. The components properties were used on a microscopic model of an idealistic yarn, while the macroscopic model was based on the CT scan data itself. The influence of the internal parameters of the method was studied and discussed, and allowed validating some hypotheses. Finally, the comparison between the numerical and experimental results validates the CEPI model on the linear mechanical behavior and stressed the key axes of improvement for the thermal expansion behavior of these composites.