Stratégies de calcul pour la prévision de durée de vie des structures composites soumises à des chargements complexes : Application aux composites Oxyde/Oxyde

Strategies of calculation for life time prediction of composite structures subjected to complex loadings : Application to oxide/oxide composites.

• Auteur / Autrice : Orianne Sally
• Direction : Rodrigue Desmorat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 26/06/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (France). Département Matériaux et Structures (DMAS)
• Jury : Président / Présidente : Alain Thionnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Gornet, Khémais Saanouni, Emmanuel Baranger
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Gornet, Khémais Saanouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Durée de vie (ingénierie)

Construction mixte

Mots clés libres

Composite

Durée de vie

Structure

Sauts de cycles

Composite

Life time

Structure

Cycle jumps

Résumé

Cette étude porte sur la prévision del’endommagement et de la durée de vie de structurescomposites oxyde/oxyde, introduites dans les partieschaudes des moteurs d’avions. Elle s’inscrit dans lecadre du projet MECACOMP, piloté par Safran.Cette thèse a pour but de proposer une stratégie decalcul capable de prévoir la tenue et la durée de viede structures composites soumises à deschargements de fatigue réels (multi-axiaux, delongue durée et potentiellement aléatoires).L’approche retenue se décompose en deux étapes.Dans un premier temps, un modèled’endommagement, utilisant un formalismeincrémental est proposé en vue de retranscrire lecomportement observé expérimentalement sur deschargements tant statiques que de fatigue. Unprotocole d’identification dédié est proposé. La campagne d’essais effectuée a permis decaractériser le matériau étudié et d’identifier lesparamètres de ce modèle.Toutefois, les coût de calcul étant trop élevés poursimuler le comportement d’une structurecomposite soumise à un chargement de fatigue delongue durée, une stratégie de calcul a étédéveloppée dans un second temps pour réduire lestemps de calcul et rendre le modèle utilisable enbureaux d’études. Il s’agit d’une méthode de sautsde cycles non-linéaire, basée sur la loid’endommagement incrémentale proposée. Cettestratégie a été implantée dans un code de calcul destructure par Elements Finis commercial etappliquée à des calculs de fatigue polycylique surdes structures académiques, pour lesquelles lesprévisions du modèle ont été comparées à desrésultats d’essais, et de complexité industrielle.

This study focuses on damage and lifetimeprediction of oxide/oxide composite structures,introduced in the hot parts of aircraft engines. It ispart of a project named MECACOMP, led by Safran.This PhD aims to propose a calculation strategycapable of predicting the strength and service life ofcomposite structures subjected to real fatigue loads(multi-axial, long-lasting and potentially random).A two-step approach is implemented. First, a damagemodel, using an incremental formalism, is proposedin order to represent the experimental behaviourobserved on both static and fatigue loadings. Adedicated identification protocol is proposed. Themechanical test campaign carried out made itpossible to characterize the studied material and toidentify the parameters of the model. However, the computational costs being too highto simulate the behaviour of a composite structuresubjected to long-term fatigue loadings, acalculation strategy is developed, in a second step,to reduce drastically the computational time andmake the model usable in design offices. It consistsin a non-linear cycle jumps method, based on theproposed incremental damage law. This strategywas implemented in a commercial Finite Elementcode and applied to polycyclic fatigue calculationson both academic structures, for which the modelpredictions are evaluated by comparison with testresults, and structures of industrial complexity.