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Modélisation du comportement des matériaux composites : endommagement, rupture et fatigue

type de publication      thèse HDR
date de publication 06-12-2006
auteur(s) Benseddiq Noureddine
jury Moussa Nait Abdelaziz;Geneviève Inglebert;Jean-Marc Roelandt;Dieter Weichert;Suzanne Degallaix;Abdellatif Imad
  
résumé Les travaux présentés ont pour objectif l’étude du comportement des matériaux composites particulaires, en tenant compte de leur endommagement au cours de la sollicitation et de leur comportement à la rupture sous chargement multiaxial monotone ou cyclique. Deux thématiques ont été abordées : La première concerne l’étude de l’endommagement microscopique et ses effets sur le comportement global. Une approche micromécanique issue de la mécanique des milieux continus, basée sur la théorie de l’homogénéisation périodique, a été adoptée et couplée à deux types d’endommagement microstructuraux : - La décohésion interfaciale comme dans les composites à matrice métallique élastoplastique. Plusieurs modèles d'endommagement ont été proposés : un modèle permettant de prendre en compte la dégradation interfaciale en utilisant une loi d’endommagement à variable scalaire issue du cadre de la thermodynamique, ensuite, en utilisant les outils de la mécanique de la rupture, une nouvelle expression du taux de restitution d’énergie G a été proposée dans le cas d’une fissure en forme de calotte. - La cavitation dans les particules comme dans le cas des composites à matrice polymère élastoviscoplastique renforcé par des nodaux élastomériques hyperélastiques. Un couplage de la méthode d’homogénéisation à un modèle d’endommagement par cavitation des particules a été proposé. Ceci dans le but de mettre en évidence l’effet du phénomène de cavitation sur le comportement global. L’extensomètrie optique de mesure de déformation a permis d’étudier l’évolution de l’endommagement et son influence sur le comportement macroscopique. L’analyse de la cavitation a été effectuée en couplant le modèle hyperélastoviscoplastique à différents critères d’amorçage de cavité. La deuxième thématique concerne la rupture et la fatigue des matériaux hyperélastiques de type élastomère, dans le cas d’un chargement multiaxial : - Concernant la rupture, un critère généralisé a été introduit, en utilisant les élongations principales logarithmiques. Ce critère a été validé expérimentalement sur 4 matériaux différents et pour différents trajets de chargement, ainsi que pour des champs présentant de forts gradients de déformation comme dans le cas des fissures sollicitées en mode mixte. - Pour la fatigue une extension aux grandes déformations du critère de densité d’énergie de fissuration a été développée. Ce critère représente tout ou une partie de la densité d'énergie de déformation disponible pour créer une fissure dans un matériau sain, suivant une direction donnée. L’implémentation de ce critère dans un code d’éléments finis a permis de traiter des structures complexes en utilisant différentes densités d’énergies. Les résultats des essais en traction uniaxiale, en cisaillement pur et en torsion ont montré que ce critère permet de corréler correctement tous les résultats expérimentaux.
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