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Modélisation du comportement, de l'endommagement et de la rupture de matériaux composites à renforts tissés pour le dimensionnement robuste de structures

De
204 pages
Sous la direction de Eric Martin
Thèse soutenue le 29 janvier 2010: Bordeaux 1
De par leur bonne tenue à l’impact, les matériaux composites tissés sont de bons candidats pour la concep- tion de pièces aéronautiques. Toutefois, le manque de con?ance dans les modèles se traduit par de lourdes campagnes expérimentales. L’augmentation de la part de simulation numérique et donc la réduction des coûts de certi?cation passent par le développement d’outils permettant de dimensionner au plus juste les structures composites tissées à matrice organique (CMO) ou céramique (CMC). C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse. Les formulations proposées par l’Onera a?n de décrire l’e?et de l’endommagement matriciel ont été adaptées et étendues pour prendre en compte les spéci?cités des matériaux de notre étude, en particulier la viscosité pour les CMO. Des essais sur pièces génériques ont été simulés et confrontés à l’ex- périence dans le but d’évaluer la pertinence des modèles développés. Ces comparaisons en partie validantes ont mis en évidence les limites des modèles dans le cadre de l’analyse de la tenue d’une structure présentant un gradient de contrainte. A?n d’améliorer les prévisions des simulations, les e?ets de la rupture progressive ont été pris en compte dans les formulations. Pour s’a?ranchir de la localisation numérique de l’endomma- gement, une approche originale de régularisation couplant modélisation non locale de l’endommagement et taux d’endommagement limité a été développée. Les confrontations essai/calcul ont mis en évidence l’apport d’une modélisation plus ?ne des mécanismes d’endommagement et de rupture sur l’étude de la tenue de la structure. Compte tenu des nombreuses sources d’incertitudes, quelle con?ance accorder à la simulation ? Pour répondre à cette question, l’e?et des incertitudes sur des quantités d’intérêts (contrainte à rupture) a été évalué. Par ailleurs, une analyse de sensibilité (décomposition de variance) a été entreprise pour l’étude de faisabilité d’une démarche de capitalisation. Dans l’optique d’une démarche d’analyse de la tolérance aux défauts, l’e?cacité de notre approche à traiter diverses singularités (taille, forme) est démontrée. En?n, les limites de la modélisation macroscopique sont discutées.
-Composites tissés
-Incertitude
-Méthodes de régularisation
-Comportement non linéaire
Due to their high speci?c properties, the use of woven composite materials has become an important com- mercial issue in the aeronautical applications. However, the lack of con?dence in classic simulation tools used for design and conception of new structures leads to huge experimental campaigns. The increase of simulations and so the decrease of certi?cation costs requires tools development allowing a more accurate design of woven composite structures with polymer (PMC) or ceramic matrix (CMC). This present thesis is focused on that point. The current formulations are extensions of the damage approach developed at Onera to describe matrix damage. Particularly, the nonlinearity due to viscosity for PMC is taken into account. Various structural tests on generic parts has been simulated and compared to experimental results in order to evaluate the e?ciency of the models. The simulations are in good agreement with the expe- riments except for structure with high stress gradient. In order to improve the simulations accuracy, the e?ect of progressive failures are introduced. To avoid the numerical problems such as damage localization or mesh sensitivity associated with the softening behavior, an original method coupling delay e?ect and non local approach is proposed. A good agreement between experimental and ?nite element calcultion results was shown. Given many uncertainties, how much can the simulation be trusted ? In order to answer this question, the in?uence of uncertainties on given quantities of interest (stress failure for example) has been evaluated. Moreover, a sensivity analysis has been performed for the study of an experiment capitalisation approach. In the prospect of a reliable damage tolerance analysis, the e?ciency of our approach to deal with various singularities (size, form) is shown. The limits of a macroscopic modelling are ?nally discussed.
-Uncertainty
-Regularisation methods
-Non linear behaviour
-Woven composites
Source: http://www.theses.fr/2010BOR13994/document
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