Effet de l'interaction fixation composite sur les modes de rupture des assemblages boulonnées composites

Résumé

La problématique abordée dans ces travaux de thèse est l’influence de l’interaction entre lesfixations et le composite sur la tenue des assemblages boulonnés composites. Le passage desefforts d’assemblages dans le composite par les boulons engendre des dégradations localesconduisant à des modes de rupture variés du composite en fonction des principaux paramètresde conception. L’objectif de cette thèse est d’identifier la complexité de modélisation nécessairepour traduire l’effet de ces paramètres de conception sur l’apparition des différents modes derupture des matériaux composites et leur conséquence sur le dimensionnement desassemblages boulonnés. Cette thèse repose sur l’étude d’une importante base de donnéesexpérimentale de résultats d’essais sur assemblages en simple et double cisaillement fournieDassault Aviation à laquelle s’ajoute des essais multi-instrumentés menés au laboratoire. Cetteétude permet d’une part d’identifier les paramètres les plus influents sur les modes de rupturedes assemblages boulonnés composite et d’autre part d’identifier les dégradations entrainant lesmodes de ruptures observées. Ces résultats expérimentaux servent également de base decomparaison pour la validation des modèles éléments finis développés. Ces modèles sont mis aupoint dans un souci de complexité croissante. Cette complexité se décompose en un aspectgéométrique, c’est-à-dire l’étude de la modélisation des différentes pièces en jeu, et en un aspectmatériel avec l’étude du comportement matériau de ces pièces. L’analyse des modèles élémentsfinis linéaires basés sur des cinématiques de membrane et des plaques révèle la limite del’utilisation de critères de rupture au premier pli pour les assemblages boulonnés. Cesmodélisations sont alors enrichies avec une loi de comportement endommageable du composited’une part. Cela permet de mettre en place des scénarios d’endommagement du matériau et deréaliser des corrélations essais/calculs. D’autre part, un modèle volumique est développé pourévaluer l’apport de cette modélisation avec notamment une meilleure représentation desinteractions entre les substrats.

mots clés

Titre traduit

Effect of the interaction fastening composite on failure modes of composites bolted assemblies
Résumé

The problematic studied in this thesis is the influence of the interaction between fixations andcomposite on the bolted joint behavior. Stresses are crossing the joint thanks to the bolt. Thiscreates local degradations and results in various failing modes depending on conceptionparameters. The goal of this thesis is to identify the needed complexity to explain the effect ofthese conception parameters on the various composite failing modes apparition and theirconsequences on bolted joints dimensioning. This study is based on the analysis of an importantexperimental database on composite single and double lap bolted joints provided by the industrialpartner and on multi-instrumented tests lead in the laboratory. It permits identifying the mostinfluent parameters on the failure modes of composite bolted joints. Moreover the degradations ofthe composite material are studied in order to establish damaging scenarios. These experimentalresults are compared to finite element models to validate their robustness. These finite elementmodels are developed with a growing complexity. This complexity is decomposed in two aspects:the geometrical modeling of the different parts and the material behavior. The analysis of linearfinite element model based on membrane and shell cinematic underlines the limit of using failurecriteria to study the failure of composite bolted joints. Thus these models are enhanced with thenonlinear behavior of the composite material thanks to a continuous damaging law. It permitsestablishing damaging scenarios and to compare them with experimental results. Finally avolume model is developed to ensure a better representation of the parts interaction and evaluatethis contribution on the study.