Caractérisation de la décohésion dynamique des matériaux composites à matrice organique (CMO)

Characterisation of the dynamic decohesion of organic matrix composite materials

• Auteur / Autrice : Bastien Lammens
• Direction : Julien Réthoré, Gérald Portemont, Rian Seghir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 13/03/2024
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Lauro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Federica Daghia, Patrick Rozycki
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Benoit Kopp, Jean-Charles Passieux
• DOI : 10.70675/d2f26986z2013z4c9fz86a3ze10a4ec1cb4c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites polymères

Propriétés mécaniques

Résines époxydes

Matériaux -- Fissuration

Mots clés libres

Fissuration dynamique

Facteur d’intensité des contraintes critiques

Séries de Williams

Termes non-singuliers

Corrélation d’images numériques

Résine époxy

Dynamic cracking

Critical stress intensity factor

Williams’ series

Non-singular terms

Digital image correlation

Epoxy resin

Résumé

Les matériaux composites stratifiés à matrice organique sont utilisés dans le domaine de l'aéronautique pour alléger la masse des structures. Cependant, lors d'un impact sur ce type de matériaux, différents mécanismes d'endommagements peuvent apparaître comme le délaminage. C'est un processus de décohésion macroscopique du milieu interlaminaire qui peut être caractérisé par GIC (ou KIC). La littérature montre une grande disparité dans les mesures du fait d’un découplageincomplet des effets du confinement de la résine par les fibres, des non linéarités de comportement et/ou des effets de vitesse. Ce travail propose d’élaborer un protocole expérimental de caractérisation de résine pure via mesures de champs pour étudier méthodiquement ces couplages. L’objectif est d’élucider l’impact de la vitesse de propagation de fissure et des effets de structure sur le comportement en fissuration et ainsi étendre l’approche de Griffith aux stratifiés. Différentes géométries d’éprouvette sont utilisées pour reproduire certains effets de structure. Des vitesses de fissuration allant du quasi-statique à la dynamique sont étudiées et l’ensemble des essais sont interprétés au travers de la mécanique élastique linéaire de la rupture et de l’étude des facies. Ce travail propose finalement une modélisation décrivant l'évolution de KIC, pour la résine HexplyM21 utilisée dans l'aéronautique, à partir des termes non-singuliers du champ de contraintes, le Tstress,B-stress et aussi de la vitesse ȧ dans les gammes [0 - 15] MPa, [-200 - 10] MPa.m-0.5 et [10-6, 600] m.s-1 respectivement.

Organic matrix laminated composites are increasingly used in the aeronautical field to reduce the weight of structures. However, during an impact on this type of material, various damage mechanism can occur, such as delamination. This is a process of macroscopic decohesion of the interlaminar environment, which can be characterised by GIC (or KIC ). The literature shows a wide disparity in measurements due to incomplete decoupling of the effects of resin confinement by fibers, nonlinearitiesbehaviour and/or velocity effects. This work proposes to develop an experimental protocol to characterise pure resin usingfullfields measurements to methodically study these couplings. The goal is to evaluate the impact of the crack propagation speed and the structural effects on the fracture behaviour and in particular to extend Griffith's theory to laminated composites. Different specimen geometries are used to reproduce structural effects. Crack propagation speeds ranging from quasi-static to dynamic are studied and all the tests are analysed using linear elastic fracture mechanics and the fracture surfaces. Finally, this work proposes a model to describe the evolution of KIC for the resin HexplyM21 used in aeronautics field, from the non-singularterms of the stress field T-stress, B-stress and also the speed ȧ in the ranges [0 - 15] MPa, [- 200 - 10] MPa.m-0.5 et [10-6, 600] m.s-1 respectively.