Contributions à la compréhension des phénomènes de dissipation dans les composites biosourcés

Contributions to the understanding of dissipation phenomena in bio-based composites

• Auteur / Autrice : Tsilat Shiferaw
• Direction : Morvan Ouisse, Pauline Butaud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique appliquée
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Besançon, École Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques
• Ecole(s) doctorale(s) : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département Mécanique Appliquée

Mots clés

Mots clés libres

Fibres végétales

Amortissement

Multi-échelle

Composite

Plant fibers

Damping

Multi-scale

Composite

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'optimiser l'amortissement des composites biosourcés grâce à une compréhension fine de leur comportement dynamique. Le facteur de perte des composites à base de fibres végétales est environ une décade plus élevée que celui des composites à base de fibres de verre ou de carbone. Contrairement au module de rigidité qui répond à une loi de mélange, le facteur de perte est plus difficile à appréhender. L'utilisation des fibres végétales est donc pour l'instant principalement limitée à des applications non structurelles. Pour concevoir des structures composites biosourcées qui combinent haute rigidité et fort amortissement, la compréhension du rôle des différents constituants, en particulier celui des fibres et de l'interface fibre-matrice, dans les performances d'amortissement, est d'une importance cruciale. Dans cette thèse, des méthodes de modélisation multi-échelle innovantes, basées sur l'analyse par éléments finis d'un volume élémentaire représentatif, seront développées pour identifier les paramètres influents. Pour garantir la fiabilité des résultats, des essais vibratoires seront réalisés à l'échelle du composite et une corrélation calculs-essais sera menée. Des procédures d'optimisation multi-objectives seront mises en œuvre pour définir les paramètres déterminants (morphologie, distribution spatiale, fraction volumique des fibres) pour le développement d'un composite rigide, amortissant et à faible impact environnemental. Cette thèse s'intègre dans le projet MIDIFIC (ANR-22-CE51-0001).

This thesis aims to optimize the damping of sustainable structures as plant fiber composites through a detailed understanding of their dynamic properties. The loss factor of plant fiber composites is about ten times higher than that of conventional composites based on glass or carbon fibers. Compared to the modulus of rigidity, which responds to a mixing law, the loss factor is more difficult to apprehend. For now, the use of plant fibers is thus mainly limited to non-structural applications. To design plant fiber composite structures that offer high stiffness and high damping, understanding the role of the various constituents, in particular the fibers and the fiber-matrix interface, in damping performance is of crucial importance. In this thesis, innovative multi-scale modeling methods, based on finite element analysis of a representative elementary volume, will be developed to identify the influencing parameters. To ensure the reliability of the results, dynamic tests will be carried out at the composite scale, and a calculations-tests correlation will be performed. Multi-objective optimization procedures will be implemented to determine key parameters (morphology, spatial distribution, fiber volume fraction) for the conception of a composite rigid, damped and with low environmental impact. This thesis is part of the MIDIFIC project (ANR-22-CE51-0001).