Comportement mécanique de composites oxyde/oxyde pour structures aéronautiques

Mechanical behaviour of oxide/oxide composites for aircraft structures

• Auteur / Autrice : Edouard Marin
• Direction : Olivier Caty
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 18/11/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Caty, Stéphane Morel, Frédéric Lachaud, Benoit Vieille, Nathalie Godin, Cédric Huchette, Olivier Caty
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Lachaud, Benoit Vieille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet d'entaille

Propriétés mécaniques

Composites à matrice céramique

Mots clés libres

Comportement mécanique

CMC oxyde/oxyde

Endommagement

Modélisation multi-échelle

Essais multi-Instrumentés

Effet d'entaille

Mechanical behavior

Oxide/oxide CMC

Damage

Multi-Scale modeling

Multi-Instrumented tests

Notch sensitivity

Résumé

L’étude du comportement d’une nouvelle génération de COX stratifiés (UD) est menée. Une comparaison avec les COX tissés (2D), plus largement étudiés dans la littérature, est proposée. La démarche de compréhension du comportement mécanique de ces deux matériaux s’articule autour d’une étude expérimentale, et d’une étude numérique. Pour l’analyse expérimentale, des essais de traction multi-instrumentés sont effectués pour caractériser les mécanismes d’endommagement. La différence de microstructure générée par les fissures de retrait joue un rôle majeur dans les mécanismes d’endommagement matriciels. Une méthode de modélisation multi-échelle micro-méso se basant sur une approche d’endommagement continu est ensuite mise en place pour répondre à deux objectifs principaux : i) améliorer les éléments de compréhension apportés par la partie expérimentale et ii) étudier l’influence de la microstructure sur le comportement du matériau. Les paramètres du modèle d’endommagement du pli élémentaire sont identifiés à partir de sollicitations virtuelles à l’échelle micro. Cette stratégie permet entre autres de prédire convenablement le comportement d’un stratifié quelconque. Enfin, une analyse de l’effet des concentrations de contraintes est proposée. La combinaison entre analyse expérimentale et analyse numérique permet d’analyser finement le développement de l’endommagement en bord d’entaille. La redistribution des contraintes en bord de singularité géométrique génère pour les deux matériaux une faible sensibilité à l’entaille.

A study and comparison of two materials is proposed: a woven oxide/oxide composite, and a new generation laminate oxide/oxide composite made of unidirectional plies. The study is organized into two major parts, namely i) an experimental analysis and ii) a numerical analysis by multi-scale damage modelling. For the experimental part, multi-instrumented tensile tests are performed to identify and characterize the damage mechanisms. Then a micro-meso multi-scale damage model based on continuum damage mechanics is proposed, to meet two main objectives: i) enhance the understanding offered by the experimental analysis and ii) study the influence of the microstructure on the mechanical behaviour of the materials. The meso-model parameters are identified by virtual tests at micro-scale. This strategy allows a good prediction of the mechanical behaviour regardless of the considered laminate, and to study the effect of matrix porosity due to partial sintering. Effects of stress concentrations is eventually studied through tensile tests on notched coupons. The use of experimental and numerical analysis offers the possibility to study the development of damage at then edge of notches. The two studied materials exhibit an interesting notch sensitivity, thanks to stress redistribution generated by matrix porosity.