Caractérisation et modélisation du collage structural multi-matériaux sous sollicitation dynamique

Characterisation and modelling of multi-materials bonded structures under dynamic loading

• Auteur / Autrice : Ludovic Dufour
• Direction : Franck Lauro, Benjamin Bourel, Grégory Haugou, Nicolas Leconte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 09/03/2017
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Fontaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Lauro, Benjamin Bourel, Grégory Haugou, Nicolas Leconte, Nadia Bahlouli, Frédéric Lachaud, Claudiu Badulescu, Florent Dechalotte, Nicolas Carrere
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadia Bahlouli, Frédéric Lachaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Collage (matériaux)

Composites

Mots clés libres

Collage structural

Essais bulk

Essais Arcan

Structural bonding

Arcan test

Résumé

Les matériaux composites sont depuis plusieurs décennies un domaine d’innovation dans le contexte de l’allégement des structures. Néanmoins, ils subsistent encore certains points d’amélioration concernant l’assemblage de ceux-ci entre eux ou sur des pièces métalliques. Le collage dit « structural » est alors une technologie incontournable pour l’assemblage de structure multi-matériaux. L’intégration du collage dans le processus de développement et de dimensionnement des structures requiert l’utilisation de modèles numériques adaptés ainsi qu’une approche de caractérisation fiable. De plus, dans le domaine du crash (code explicite), le modèle doit être compatible avec les contraintes de temps de calcul. Ces travaux de thèse proposent de définir une démarche de caractérisation et de modélisation des assemblages par collage soumis à des sollicitations dynamiques. L’objectif final est de proposer un modèle capable de simuler des structures sous sollicitations de types crash. Pour cela, un modèle phénoménologique (modèle à l’échelle mésoscopique) est caractérisé à l’aide d’essai de type bulk. Ce modèle permet une description fine du champ mécanique au sein d’un assemblage. Ce modèle combiné avec des essais réalisés sur un dispositif de type Arcan spécialement adapté pour des sollicitations dynamiques permet une identification d’un critère de rupture intrinsèque. À l’aide de ce modèle et du critère de rupture, un élément cohésif (modèle à l’échelle macroscopique) compatible avec les contraintes de temps de calcul est identifié. Finalement, ce modèle est validé par des essais dynamiques de sous-structure multi-matériaux.

Since few decades, composite material is an innovative field for the reduction of structure weight. However, assemblies of composite together or with metallic part are still a challenging point. Structural bonding is an unavoidable technology for the assemblies of multi-materials structures. Within the development and dimensioning procedure, the use of bonding requires the definition of numerical models and characterization methods. Furthermore, in crashworthiness (explicit code), models must be in agreement of time calculation limitations. The present work propose to define a modelling and characterisation approach for bonding assemblies under dynamic loading. The final aim is to provide a model able to modelling multi-materials structure under crash loading. For it, a characterisation of a phenomenological model (mesoscopic scale) is proposed. This model allow a fine description of the mechanical field in the bonded joint. With test carried out with an Arcan test device specially developed for dynamic loading, the mesoscopic model is used for the identification of an intrinsic failure criteria. Using mesoscopic model and the intrinsic failure criteria, a cohesive model (macroscopic model) in agreement of time calculation limitations is identified. Finally, this model is validated through dynamic tests on multi-materials substructures.