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Caractérisation et modélisation du comportement mécanique d’un matériau composite tissé 3D carbone/époxy du quasi-statique à la dynamique

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 24-04-2017
auteur(s) Tran Nicolas
jury M. Brieu, E. Deletombe, N. Bahlouli, H. Dumontet, L. Guillaumat, C. Espinosa, J. Schneider, G. Portemont, J. Berthe, Frédéric Laurin
école Ecole Centrale de Lille
  
résumé Dans le cadre de la conception des structures aéronautiques réalisées en composites à matrice organique (CMO) tissés 3D, la représentation de la sensibilité à la vitesse de sollicitation du comportement mécanique du matériau est nécessaire. En l'absence d'une base de données expérimentale du comportement mécanique des CMO tissés 3D sur un large spectre de vitesses, il est difficile d'identifier un modèle numérique permettant la description du comportement du matériau. L'étude consiste, dans un premier temps, à caractériser le comportement mécanique d'un CMO tissé 3D carbone/époxy du fluage à la dynamique afin d'étendre la validité du modèle ODM-CMO développé à l'ONERA à cette large gamme de vitesses de sollicitation.
Dans ces travaux, un état de l'art du comportement mécanique et de la modélisation des CMO tissés 3D carbone/époxy est présenté dans le premier chapitre du mémoire. Dans le deuxième chapitre, le Volume élémentaire Représentatif (VER) du composite est étudié afin de caractériser le comportement mécanique linéaire élastique du matériau. Une étude de sensibilité des dimensions et de la localisation du Volume élémentaire (VE) sur la caractérisation des propriétés mécaniques du matériau est réalisée. Un VER plus petit que le motif textile géométrique du CMO tissé 3D est déterminé à l'aide de cette étude. L'étape suivante, présentée dans le troisième chapitre, consiste à développer des géométries d'éprouvette adaptées aux capacités en charge de la machine de traction dynamique retenue dans cette thèse. Des simulations numériques d'essai de traction sont réalisées pour différentes dimensions d'éprouvette afin de définir des géométries optimisées. Un bon accord est trouvé entre les valeurs expérimentales des propriétés mécaniques quasi-statiques obtenues avec les géométries d'éprouvettes optimisées et celles obtenues avec les géométries de référence développées par SAFRAN Aircraft Engines. Dans le quatrième chapitre une campagne de caractérisation expérimentale du fluage à la dynamique est réalisée à l'aide des éprouvettes précédemment validées. Une nette sensibilité à la vitesse de déformation du comportement hors-axes du composite est observée sur le spectre de vitesses étudié. Enfin, dans le cinquième chapitre le modèle ODM-CMO proposé pour la représentation du comportement mécanique visco-élastique des CMO tissés 3D carbone/époxy à faibles vitesses est identifié à partir des résultats expérimentaux dynamiques de cette thèse. Pour cela, une nouvelle méthodologie d'identification est proposée afin d'obtenir une description satisfaisante du comportement mécanique du matériau avant endommagement. La pertinence de ce modèle est évaluée à l'aide d'essais expérimentaux n'ayant pas été utilisés pour l'identification, ce qui permet de valider sa capacité de prédiction du comportement de ce CMO tissé 3D du fluage à la dynamique.
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