Thèse soutenue

Modélisation non-locale de la résistance en compression des composites architecturés

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Auteur / Autrice : Anil Bettadahalli Channakeshava
Direction : Jean-Claude Grandidier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
Date : Soutenance le 17/12/2020
Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME
Jury : Président / Présidente : Sylvain Drapier
Examinateurs / Examinatrices : Vincent Keryvin, Pierre-Yves Méchin
Rapporteur / Rapporteuse : Soraia Pimenta, Jean-François Ganghoffer

Résumé

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La rupture en compression des composites à fibers de carbone longues est due à des mécanismes complexes. La connaissance de ces mécanismes est importante pour la conception des structures composites car la résistance à la compression et la rigidité des stratifiés sont supposées inférieures à leur résistance à la traction. De plus, la rupture en compression est un mécanisme de ruine non locale qui dépend de la structure du composite (épaisseur de la couche, gradient de charge), ce qui en fait une particularité. Ce mécanisme a été décrit et modélisé dans la littérature avec des outils numériques appropriés et des expériences qui ont pris en compte cet effet. Il existe de nombreux articles dans la littérature intégrant le phénomène de microflambage pour capter l’instabilité locale. Mais uniquement quelques chercheurs ont modélisé le mécanisme à l'échelle structurelle dite mesoscopique. Par exemple, Drapier et collaborateurs ont proposé un modèle homogénéisé en 2D, qui prend en compte les défauts d'alignement initial des fibers, la plasticité de la matrice et les paramètres structurels. Le modèle permet de prédire les modes de microflambage élastique et de prévoir la défaillance en compression. Mais le modèle est construit pour des stratifiés unidirectionnels 2D et suppose que le microflambage est périodique dans la direction des fibers, un seul gradient dans la direction de l'épaisseur est pris en compte et l'influence du désalignement n'est pas complètement appréhendée.Par conséquent, pour étendre les développements de ces travaux, de nouveaux modèles d'éléments finis non locaux sont développés dans cette thèse : l'un avec des éléments de structures proposés de base par ABAQUS®, appelé modèle BNL (Beam Non-Local) et l'autre avec le sous-programme UEL (User Element) d'ABAQUS®, appelé modèle HOMNL (Homogenized Non-Local Model), mis en oeuvre sous la forme d’un élément utilisateur (NL U32), qui peut être utilisé dans le but de prédire la résistance à la compression des plis stratifiés unidirectionnels mais également pour les composites tissés (2D voire 3D). Les effets de non linéarités géométriques et matériels sont bien évidemment pris en compte dans cette modélisation. Avec le modèle BNL, il est possible d’appréhender le mécanisme en 2D et 3D dans des stratifiés de composites unidirectionnels. Les résultats de la bibliographie ont été confirmés et de nouveaux résultats ont été générés, comme par exemple, le mode élastique en 3D ou le mécanisme de microflambage en flexion dans un stratifié. La largeur et l'angle de la bande de pliage sont déterminés automatiquement par ce modèle. Dans un cadre plus général, la validation de l'élément NL U32 a été effectuée par rapport aux éléments classiques ABAQUS® pour les cas linéaires et non linéaires (géométrie et matériau). Les propriétés classiques (élastiques et plastiques) et non locales des matériaux (élastiques) sont identifiées par comparaison avec les réponses d'un élément de volume représentatif (RVE) de microstructures totalement hétérogènes. Certains résultats de résistances ont été validés avec la bibliographie. L'élément utilisateur non local développé (NL U32) est en 2D dans cette thèse mais il peut être étendu très facilement à un cas en 3D, ce qui reste une des perspectives futures.Dans ce travail, ABAQUS® v2017, DAKOTA v6.10.0, PARAVIEW v5.8.0 sont les logiciels utilisés et FORTRAN, Python sont les langages de programmation