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Approche par changement d\'échelle de l\'endommagement des matériaux composites anisotropes à matrice fragile

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 20-12-2004
auteur(s) Gruescu Ion-Cosmin
jury Kondo D.;Maghous S.;Giraud A.;Degallaix S.;Halm D.;Maire J.-F.
  
résumé La microfissuration matricielle constitue (avec les phénomènes de décohésion à l'interface fibre -matrice) un des principaux mécanismes de déformation à l'origine du comportement mécanique non linéaire des Composites à Matrice Céramique (CMC). Sa prise en compte dans le cadre d'une modélisation purement macroscopique présente encore de nombreuses difficultés qui sont diversement abordées dans la littérature. On soulignera notamment la difficulté à rendre compte de l'interaction entre l'anisotropie initiale de cette classe de matériaux et l'anisotropie induite par la microfissuration. L'étude du comportement élastique endommageable des CMC est essentiellement abordée ici dans le cadre des méthodes de changement d'échelle d'espace. On présente d'abord une modélisation plane de l'endommagement anisotrope de composites orthotropes visant à rendre compte non seulement de l'interaction entre anisotropies, mais également des effets unilatéraux liés à la fermeture progressive des microfissures. La méthode proposée est une extension aux milieux amsotropes fissurés d'un travail classique d'Andrieux, Marigo et Bamberger (1986). Cette modélisation est validée par confrontation aux données expérimentales de la littérature portant sur un SiC-SiC unidirectionnel. Dans le cadre des techniques d'homogénéisation basées sur l'utilisation des tenseurs d'Eshelby, on propose ensuite une approche tridimensionnelle des milieux orthotropes contenant des fissures ouvertes modélisées par des cylindres infinis. Les résultats obtenus (tenseur d'Eshelby, tenseur de Hill) sont entièrement nouveaux, notamment dans le cas de fissures arbitrairement orientées par rapport aux axes d'orthotropie. Ils mettent clairement en évidence l'interaction entre l'orientation de la microfissuration et l'orthotropie initiale du matériau. Le dernier volet de l'étude est dédié à la modélisation tridimensionnelle de l'endommagement dans les composites à symétrie orthotrope de révolution, affaiblis par des fissures de forme circulaire ("penny-shaped cracks"). En raison de la difficulté particulière à aborder ce problème 3D dans le cadre des méthodes d'homogénéisation, on propose une approche mixte originale combinant les théorèmes de représentation et des résultats issus de la micromécanique. Les bonnes capacités prédictives du modèle macroscopique d'endommagement ainsi élaboré, de même que les comparaisons avec des données expérimentales, permettent de valider la démarche développée.
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