Modélisation multi-échelle du comportement thermomécanique d'un composite 3D carbone/carbone

par Alexandre Portal

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Éric Martin et de Guillaume Couegnat.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de lu2019ingénieur , en partenariat avec Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (laboratoire) et de Mécanique et thermique (equipe de recherche) depuis le 24-11-2020 .


  • Résumé

    Les composites carbone/carbone (C/C) font partie de la famille des composites thermo-structuraux à renfort carbone. Ils trouvent des applications dans les domaines aéronautique et aérospatial grâce à leurs excellentes propriétés thermomécaniques, même à haute-température. Les composites 3D C/C sont constitués d'un assemblage tri-orthogonal de baguettes de carbone renforcées par une matrice ex-brai. Cette structure confère au matériau 3D C/C un comportement thermomécanique particulier. On observe également, suivant les axes de sollicitations, une variation sensible des propriétés mécaniques avec la température. Des travaux précédents (1) ont montré le rôle primordial des interfaces entre baguettes, et entre baguette et matrice, dans le comportement non-linéaire du 3D C/C. Une modélisation multi-échelle incluant des éléments d'interface ad hoc, identifiés à partir d'essais d'indentation, a permis de reproduire les principales caractéristiques du comportement hors-axes du 3D C/C, ainsi que l'évolution qualitative de ses propriétés en température (2) . Plus récemment, des essais complémentaires réalisés sur une variante du matériau 3D C/C ont montré un comportement d'interface différent pouvant amener à une modification de la réponse macroscopique du matériau. L'objectif de ce travail est de poursuivre les travaux engagés et d'améliorer les modèles existants en: *apportant une meilleure compréhension des mécanismes physiques régissant le comportement spécifique des interfaces, *en proposant un modèle d'interface permettant de mieux prendre en compte les couplages endommagement/frottement, et *en intégrant ces modèles d'interfaces, ainsi que l'endommagement intrinsèque des baguettes et de la matrice dans des simulations par éléments finis. Le but final est de disposer d'un modèle multi-échelle du composite 3D C/C permettant de prévoir son comportement thermomécanique sur une large gamme de température et pour des sollicitations complexes. 1 A. Gillard, Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique d'un composite 3D carbone/carbone : étude du comportement aux interfaces à haute température, Thèse de doctorat, Université de Bordeaux (2017). 2 A. Gillard, G. Couégnat, S. Chupin, G. L. Vignoles, Modeling of the non-linear mechanical and thermomechanical behavior of 3D carbon/carbon composites based on internal interfaces, Carbon 154 (2019) 178–191.

  • Titre traduit

    Multiscale thermomechanical modelling of a 3D carbon/carbon composite material


  • Résumé

    3D Carbon/Carbon composites have an important use in space propulsion and atmospheric re-entry of space objects. Earlier work on the material have precedently showed (1) a complex thermomechanical behavior and proposed a multiscale modeling approach for its non-linear mechanical and thermomechanical behavior based on the introduction of internal interfaces, under the form of cohesive and sliding zones located between the macro-constituents (bundles, matrix pockets). Recently, complementary tests made on another version of the material showed a different interface behavior possibly leading to a different macroscopic response. The objective of this work is to better understand the physical mechanisms governing the interfacial behavior and to propose a model taking account of the damage and friction on the interfaces. The goal is to dispose of a multiscale model of the 3D C/C composite capable of modelling the material behavior under complex thermomechanical loadings. 1 A. Gillard, Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique d'un composite 3D carbone/carbone : étude du comportement aux interfaces à haute température, Thèse de doctorat, Université de Bordeaux (2017). 2 A. Gillard, G. Couégnat, S. Chupin, G. L. Vignoles, Modeling of the non-linear mechanical and thermomechanical behavior of 3D carbon/carbon composites based on internal interfaces, Carbon 154 (2019) 178–191.