Contribution à l'étude de la vibration des plaques en matériaux composites sous chargements mécanique et thermomécanique

Contribution to the study of vibration of composite material plates under mechanical and thermomechanical loadings

• Auteur / Autrice : Mohamed Ben henni
• Direction : Yu Ming Li, Boussad Abbes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : SI - Sciences de l’Ingénieur
• Date : Soutenance le 08/07/2019
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec Université Ibn Khaldoun (Tiaret, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM) - EA 7548
• Jury : Président / Présidente : Hamid Zahrouni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yu Ming Li, Boussad Abbes, Fazilay Laraba Abbes, Tahar Hassaine Daouadji, Ahmed Bouzidane, Mohamed Ait Amar Meziane
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hassen Ait Atmane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Vibrations

Composites à fibres

Mots clés libres

Vibrations libres

Théorie d’ordre élevé

L’effet hygrothermique

Éléments finis

Free vibrations

High order theory

Hygrothermal effect

Finite elements

Résumé

Ce travail a pour objectif d’analyser le comportement en vibrations libres de composites stratifiés à fibres hybrides en utilisant d’une part, une théorie d’ordre élevé à quatre variables qui prend en considération l’effet de cisaillement transverse lors du calcul des déformations ; et d’autre part une analyse par la méthode des éléments finis. L’équation du mouvement de la plaque stratifiée est obtenue en utilisant de principe d'Hamilton. Les expressions mathématiques sont obtenues en utilisant la solution de Navier pour différentes conditions aux limites. Afin de valider les modèles proposés nous avons d’abord comparé nos résultats avec des modèles existants dans la littérature pour les matériaux non hybrides. Les modules élastiques de la plaque hybride sont calculés en utilisant la loi des mélanges. Ensuite, nous avons étudié les effets des dimensions de la plaque, de la fraction volumique et du type de fibres, de la position des couches (pour le cas de l’hybridation intercouche) ainsi que les conditions aux limites sur les fréquences fondamentales des plaques composites hybrides. Comme il n’y a aucune donnée disponible dans la littérature pourles plaques composites hybrides, la solution en éléments finis a été utilisée pour valider les résultats obtenus par la théorie d’ordre élevé. Les résultats montrent la bonne précision de la solution analytique proposée pour la prévision des fréquences fondamentales des plaques stratifiées hybrides. Comme les conditions hygrothermiques généralement dégradent la rigidité des structures, nous avons étudié les effets de température et de l’humidité sur la stabilité des plaques composites hybrides et non hybrides. Les résultats obtenus pour les fréquences fondamentales montrent que les conditions hygrothermiques affectent le comportement des plaques composites mais à moindre échelle.

The aim of this work is to analyze the vibration behavior of hybrid fiber composite laminates by using, on the one hand, the fourvariable high order theory taking into account the transverse shear effect for strain calculation; and on the other hand by the finite element method analysis. The equation of motion of the laminated plate is obtained using Hamilton's principle. The mathematical expressions are obtained using the Navier solution for different boundary conditions. In order to validate the proposed models, we compared our results with existing models in the literature for non-hybrid composites. The elastic moduli of the hybrid plate were calculated using the law of mixtures. Then, we studied the effects of the plate dimensions, the volume fraction, the type of fiber, the position of layers (in the case of interlayer hybridization) on the fundamental frequencies of hybrid composite plates.Since, there is no data available in the literature for hybrid composite plates, the finite element solution is used to validate the results obtained by the high order theory. The results show good accuracy of the proposed analytical solution for the prediction of the fundamental frequencies of hybrid stratified plates. Hygrothermal conditions generally degrade the rigidity of structures, we studied the effects of temperature and humidity on the stability of hybrid and non-hybrid composite plates. The results obtained for the fundamental frequencies show that the hygrothermal conditions can affect the behavior of composite plates but with a lesser effect.