Evaluation expérimentale de l'hybridation des composites en fibre carbone unidirectionnelles à matrice polymère : comportement mécanique sous chargements quasistatiques et dynamiques

Study of the Mechanical Response of Ply-Level Hybrid Composites under Quasi-Static and Dynamic Loadings

• Auteur / Autrice : Maria Demsa Casapu
• Direction : Michel Arrigoni, Ion Fuiorea
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Solides, des Matériaux, des Structures et des Surfaces
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne en cotutelle avec Universitatea politehnica (Bucarest)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Président / Présidente : Daniel-Eugeniu Crunteanu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nachum Frage, Raluca Maier, Ciprian-Marius Larco
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Boustie, Adriana Stefan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéronefs

Industrie aéronautique

Lasers -- Matériaux

Ondes de choc

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Composites à fibres de carbone

Mots clés libres

Hybridation au niveau des plis

Fibre de carbone

Propriétés mécaniques

Ondes de choc induites par laser

Ply-level hybridization

Carbon fiber

Mechanical properties

Laser-induced shockwaves

Résumé

Dans le contexte de l'utilisation croissante des composites renforcés à fibres de carbone dans l'industrie aérospatiale, cette thèse examine l'influence de l'hybridation entre plis, impliquant des variations de type de fibre de carbone et d'épaisseur de pli, sur la structure interne, les propriétés mécaniques et les réponses dynamiques des composites renforcés à fibres de carbone unidirectionnelles. Axée sur les applications aérospatiales, l'étude utilise deux types de préimprégnés de fibres de carbone unidirectionnelles avec des types de fibres et des épaisseurs de pli distincts, permettant la fabrication de laminés de référence et hybrides. Les objectifs de la recherche englobent une caractérisation complète des matériaux dans des conditions de chargement quasi-statique et dynamique. Les analyses expérimentales comprennent des essais quasi-statiques monotones en traction selon les axes et hors axes, des essais de traction cycliques hors axes avec chargement et déchargement, le développement d'un modèle couplé de dommage-plasticité, une évaluation de la propagation des ondes de choc, une évaluation de la résistance dynamique à la traction, et l'examen des localisations de dommage et des variations de seuil d’efforts à la rupture. Au-delà de contribuer à la compréhension fondamentale des composites unidirectionnels, cette recherche apporte des éclairages sur l'hybridation au niveau des plis, offrant des applications potentielles dans des structures complexes. Alors que l'industrie aérospatiale demande des matériaux avec des performances mécaniques améliorées, cette thèse fournit des perspectives précieuses pour faire progresser la conception et l'application des matériaux composites.

In the context of the increased use of carbon fiber-reinforced composites in the aerospace industry, this thesis investigates the influence of inter-ply hybridization, involving variations in carbon fiber type and ply thickness, on the internal structure, mechanical properties, and dynamic responses of unidirectional carbon fiber-reinforced composites. Focused on aerospace applications, the study utilizes two types of unidirectional carbon fiber prepregs with distinct fiber types and ply thicknesses, manufacturing both reference and hybrid laminates. The research objectives encompass comprehensive material characterization under quasi-static and dynamic loading conditions. Experimental analyses include monotonic on and off-axis quasi-static tests, off-axis cyclic load-unload tensile tests, coupled damage-plasticity model development, shockwave propagation assessment, dynamic tensile strength evaluation, and examination of damage position and threshold variations. Beyond contributing to the fundamental understanding of unidirectional composites, this research introduces insights into ply-level hybridization, offering potential applications in complex structures. As the aerospace industry demands materials with enhanced mechanical performance, this thesis provides valuable insights for advancing composite material design and application.