Comportement aux multi-impacts des structures composites : approche expérimentale et numérique

Multi-impact behavior of composite structures : experimental and numerical approach

• Auteur / Autrice : Ayoub Soufri
• Direction : Bruno Martin, Ameur Chettah, Benoit Piezel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 25/09/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l'Environnement (DRIVE) (Nevers)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Xiao-Jing Gong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Berthe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Abisset, Peter Davies

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Détérioration

Composites -- Délaminage

Matériaux -- Fissuration

Composites

Mots clés libres

Multi-Impacts

Impact

Structures composites

Approche expérimentale et numérique

Canon à air comprimé

Discrete ply model

Multi-Impact

Impact

Composite structures

Experimental and numerical approach

Compressed air cannon

Discrete ply model

Résumé

Les matériaux composites sont largement utilisés dans le domaine des transports en raison de leurs propriétés mécaniques spécifiques élevées. Cependant, au cours de leur cycle de vie, ils peuvent subir une dégradation significative de leurs propriétés mécaniques lorsqu'ils sont soumis à des chargements d'impacts. Les dommages induits par des impacts se manifestent sous différentes formes telles que la rupture des fibres, la fissuration matricielle, la décohésion fibres/matrice et le délaminage. L'étude du comportement aux impacts des structures composites a suscité une attention importante dans la littérature. Cependant, ces études se rapportent généralement au cas d'un seul impact ou d'impacts répétés. Peu de travaux se sont intéressés au cas d'impacts multiples, même s'ils sont plus proches des conditions réelles de service, comme dans les cas de chute de grêlons ou de projection d'objets externes tels que les gravillons présents sur les routes, les impacts d'oiseaux, etc. Dans cette thèse, nous présentons des méthodes expérimentales et numériques robustes pour le suivi in-situ et post-mortem des endommagements suite aux différents cas d'impacts possibles : mono-impact, impacts répétés, séquentiels, simultanés, etc. Ce travail a consisté dans un premier temps à développer un banc d'essai unique « canon à air comprimé ». Ensuite, un dialogue (essais expérimentaux-calculs numériques) a été assuré afin de mieux comprendre les phénomènes en jeu dans les cas de multi-impacts, pour finalement atteindre les performances maximales des matériaux composites.

Composite materials are widely used in the transportation field due to their high specific mechanical properties. However, during their life cycle, they can undergo significant degradation of their mechanical properties when subjected to impact loading. Impact-induced damage occurs in various forms, such as fiber breakage, matrix cracking, fiber/matrix decohesion and delamination. The study of the impact behavior of composite structures has attracted considerable attention in the literature. However, these studies generally relate to the case of a single impact or repeated impacts. Few studies have focused on the case of multiple impacts, even though these are closer to actual service conditions, as in the case of falling hailstones or the projection of external objects such as road gravels, bird strikes, etc. In this thesis, we present robust experimental and numerical methods for in-situ and post-mortem monitoring of damage following the various possible impact cases: single-impact, repeated, sequential, simultaneous impacts, etc. The first phase of the project involved the development of a unique "compressed air cannon" test bench. Then, a dialogue (experimental tests-numerical computations) was ensured to better understand the phenomena involved in multi-impact cases, to finally reach the maximum performance of composite materials.