Caractérisation mécanique des matériaux composites à partir d'un essai de traction biaxiale intégrant l'effet des chemins de déformation

Mechanical characrerization of composite materials subjected to biaxial tensile test integrating the effect of strain paths

• Auteur / Autrice : Alaa Kobeissi
• Direction : Lionel Léotoing, Evelyne Toussaint, Pierre Rahme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 20/12/2019
• Etablissement(s) : Rennes, INSA en cotutelle avec Université Libanaise. Faculté de génie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Comue : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Université : Université Libanaise
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (Rennes)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Léotoing, Evelyne Toussaint, Pierre Rahme, Nathalie Godin, Frédéric Lachaud, Vincent Keryvin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Godin, Frédéric Lachaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites tissés

Rupture

Composites

Mots clés libres

Essai biaxiale

Matériaux composites

Éprouvette cruciforme

Corrélation des images

Chemin de déformation

Enveloppe de rupture

Composites

Biaxial test

Cruciform specimen

Digital image correlation

Strain path

Failure envelop

Résumé

Les matériaux composites à fibres continues sont largement utilisés dans la plupart des applications d'ingénierie en raison de leurs propriétés mécaniques spécifiques élevées. Les essais uniaxiaux sont principalement utilisés pour la caractérisation de ces matériaux en raison de leur simplicité et de leur faible coût. Cependant, ces essais ne sont pas adaptés pour caractériser le comportement du matériau soumis à un état de contrainte multiaxiale. Pour mieux caractériser leur comportement, des essais biaxiaux ont été développés. Pam1i les différentes techniques de traction biaxiale, l'essai de traction sur éprouvettes cruciformes est l'une des méthodes les plus connues. Cependant, la difficulté de cette méthode réside dans le choix de la forme de l'éprouvette qui doit présenter une rupture au centre. Dans cette étude, une nouvelle éprouvette cruciforme est définie pour des essais de traction biaxiale d'un composite verre/époxy. Les dimensions finales de l'éprouvette crucifom1e sont définies par une étude paramétrique numérique tout en respectant certaines contrai11tes expérimentales telles que la capacité de la machine de traction biaxiale. Une validation expérimentale est réalisée sur deux tissus de composites verTe/époxy de différentes épaisseurs. Les essais ont été réalisés pour différentes conditions de chargement biaxial. La distribution des déformations dans la zone centrale de l'éprouvette est obtenue à l'aide de la technique de corrélation d'image (DI.C). L'enveloppe à la rupture est tracée et comparée aux prédictions de trois critères à la rupture (Max Stress, Max Stain, et Norris).

Continuous fiber composite materials have become extensively used in most engineering applications due to their high specific mechanical properties. Uniaxial tests are mostly used for the characterization of composite materials because of their simplicity and low cost. However, these tests are not adapted for the characterization of the behavior of these materials subjected to multiaxial stress state. For a better characterization of their behavior, biaxial tests were developed. Among different biaxial testing techniques, the in-plane biaxial testing of cruciform specimen is one of the most known methods. However, the main difficulty of this method is the design of a cruciform specimen that fails in the center. ln this work, a new cruciform specimen is designed for the biaxial tensile testing of plain-weave glass/epoxy composite. The final dimensions of the specimen are defined by a numerical parametric study while respecting some experimental constraints such as biaxial tensile machine capacity. An experimental validation is performed on two plain-weave glass/epoxy composites with different thicknesses. The tests were performed under different biaxial loading conditions. The strain distribution in the central zone of the specimen are obtained using the Digital Image Correlation (DIC) technique. The failure envelop is generated and compared to the predictions of three failure criteria (Max Stress, Max Stram, and Norris).