Elaboration d’un outil numérique reliant les échelles micro/méso d’un composite thermoplastique sensible à l’humidité et à la température en quasi-statique

Virtual tool linking the micro/meso scales of a thermoplastic composite affected by hygrome-try and temperature for quasi-static loading

• Auteur / Autrice : Anh Tuan Dau
• Direction : Patrick Rozycki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 23/01/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Zoheir Aboura
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Rozycki, Zoheir Aboura, Federica Daghia, Franck Lauro, Laurent Guillaumat, Mamadou Abdoul Mbacke
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Federica Daghia, Franck Lauro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction mixte

Température

Hygrométrie

Mots clés libres

Composite tissé

Matrice thermoplastique

Lois de comportement

Homogénéisation multi-échelles

Hygrométrie

Température

Woven composite

Thermoplastic matrix

Constitutive laws

Multi-scales homogenization

Hygrometry

Temperature

Résumé

Les travaux de cette thèse se sont intéressés à l’obtention du comportement d’un composite sergé 2x2 verre/PA66 via un outil numérique basé sur une double homogénéisation : la première concerne les torons et la seconde le volume élémentaire représentatif du composite. A partir d’une campagne de caractérisation expérimentale sur le PA66, nous avons dans un premier temps identifié l’influence à la fois de l’hygrométrie et de la température sur le comportement de la matrice en quasi-statique. Ensuite, nous avons élaboré, implémenté et validé une loi de comportement isotrope élasto-plastique endommageable. Cette loi a servi à identifier par homogénéisation le comportement des torons en supposant un collage parfait des fibres et de la matrice ainsi qu’une homogénéité de l’eau dans le toron. Grâce à ces comportements identifiés et à l’élaboration d’une loi de comportement anisotrope élasto-plastique endommageable, nous avons pu déterminer les caractéristiques élastiques dans un premier temps et les comportements longitudinaux et en cisaillement dans un second temps. Les comparaisons aux résultats expérimentaux menés sur le composite offrent des résultats satisfaisants et permettent de penser que l’outil numérique développé, permettrait, à termes, d’aider à une conception rapide incluant ce genre de matériau en diminuant le nombre d’essais expérimentaux à faire. Des perspectives enfin sont proposées notamment pour l’extension aux comportements en dynamique (crash).

The objective of this PhD thesis is to create a methodology to simulate the behavior of a 2x2 glass/PA66 twill composite using homogenization. To achieve this goal, we use two steps: first one is dedicated to represent the yarn behavior and the second one to represent the behavior of the composite RVE. An experimental characterization campaign about the PA66 has been done in order to quantify the influence of both hygrometry and temperature on the behavior of the matrix in quasi-static. Then, we formulated, implemented and validated an isotropic elasto-plastic damageable constitutive law. It was used to identify by homogenization the behavior of the yarns by assuming a perfect bonding of the fibers and the matrix as well as a water homogeneity inside the yarn. Thanks to the identified behavior of the yarns and by formulating a compatible constitutive law (anisotropic elasto-plastic damageable), we have determined for the woven composite on one hand the elastic properties and in the other hand the longitudinal/transversal and shear nonlinear behaviors. The comparisons of the numerical and experimental results offer satisfactory results. It provides good outlook in short-term in regard of structures design which include this type of woven composite materials. The main advantage of the methodology is to decrease the number of required experimental tests. Some outlook dedicated to crash studies are finally suggested.