Compréhension et la modélisation des effets des sollicitations hors-plan sur les composites stratifiés par le procédé AFP

Out-of-plane loadings effects on composite laminates using AFP process understanding and modeling

• Auteur / Autrice : Théo Delbard
• Direction : Christophe Bouvet, Samuel Rivallant
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICA - Institut Clément Ader
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MSC - Matériaux et Structures Composites

Mots clés

Mots clés libres

Composites stratifiés

Endommagement

Effet d'empilement

Discrete Ply Model

Composite laminates

Damage

Stacking effect

Discrete Ply Model

Résumé

L'objectif de cette thèse sera d'étudier l'effet d'une sollicitation hors plan sur l'endommagement d'un stratifié unidirectionnel carbone/époxy, et en particulier le couplage entre la fissuration matricielle et le délaminage, ainsi que l'effet d'une compression sur ces 2 endommagements et sur le couplage associé. La première étape consistera à travailler sur un essai 2D afin de faciliter l'observation expérimentale du phénomène. Il s'agira donc d'utiliser un stratifié unidirectionnel composé d'un drapage simple afin de garantir le caractère 2D du problème, sollicité sous un chargement hors plan de type flexion. L'objectif de cette première étape est à la fois de choisir un essai permettant d'influencer le scénario d'endommagement, mais également de permettre un suivi aisé des endommagements lors de la sollicitation, à l'aide de différents moyens d'observation complémentaires. La seconde étape consistera à revenir sur un essai 3D, beaucoup plus réaliste par rapport aux cas observés industriellement. La différence majeure des essais 3D par rapport aux essais 2D est de ne pas présenter de bord ; l'endommagement s'initie donc directement au cœur du stratifié, contrairement aux essais 2D où la présence des bords, très utile pour observer les endommagements, tend à initier les endommagements. Enfin la dernière étape de la thèse consistera à utiliser les modélisations développées pour challenger des critères d'endommagement émanant d'un modèle par éléments finis plus standard, utilisé industriellement. Il s'agira par exemple de générer des abaques émanant du modèle complexe pour ensuite être utilisés comme critère de rupture sur des calculs par éléments finis standards. Ces derniers pourront être utilisés dans le cadre d'optimisation de stratification et ainsi donner une indication sur la tenue du stratifié en hors-plan.

The purpose of this thesis will be to study the effect of out-of-plane loading on the damage of a unidirectional carbon/epoxy laminate, and in particular the coupling between matrix cracking and delamination, as well as the effect of compression on these 2 types of damage and on the associated coupling. The first step will be to work on a 2D test to facilitate experimental observation of the phenomenon. This will involve using a unidirectional laminate consisting of a single lay-up to ensure the 2D nature of the problem, under out-of-plane bending-type loading. The aim of this first stage is both to select a test that will influence the damage scenario, and to enable easy monitoring of damage during loading, using various complementary observation methods. The second step will be to return to a 3D test, which is much more realistic than the cases observed industrially. The major difference between 3D tests and 2D tests is that there are no edges, so damage is directly initiated at the core of the laminate, unlike in 2D tests where the presence of edges, which is very useful for observing damage, tends to initiate damage. Finally, the last stage of the thesis will involve using the models developed to challenge the damage criteria emanating from a more standard finite element model, used industrially. This will involve, for example, generating abacuses from the complex model, which can then be used as failure criteria in standard finite element calculations. The latter can then be used for laminate optimization, to give an indication of the laminate's out-of-plane performance.