Etude et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renforts tissés hybrides et non hybrides - Université de Reims Champagne-Ardenne Access content directly
Theses Year : 1998

Study and modelling of the mechanical behaviour of hybrid and non-hybrid woven composite materials

Etude et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renforts tissés hybrides et non hybrides

Abstract

The aim of this present work is to provide a decision making procedure on the selection of woven-fibre composite, hybrid and non-hybrid, for use in which ageing effects govern this decision. this aim require at one and the same time an experimental ant theoretical approaches. The experimental approach is conducted, from standard tests (tension, bending and torsion) by a mechanical properties determination of each constituent (matrix and Unidirectional) and each woven-fibre composite. the damage analysis is after made with the previous tests and with delamination tests (mode I, II and mixed mode) by an experimental use of acoustic emissions and microscopy techniques. this analysis brings to the fore the ageing effect of matrix, fibres and interfaces on failure modes which can be very different before and after ageing. The second part is concerned with an analytical model of a large range of woven-fibre composite materials and their hybrid equivalent. based on the use of the classical thin laminate theory to the woven structure, this model is presented in order to predict 3D elastic properties, damage initiation and progression and strength for several composite materials. the present model provides a useful software package, known as Mesotex, which allows analysis of the structural parameters effect (strands geometry, matrix volume, hybridisation) on the mechanical properties. this study provide a decision making procedure in order to satisfy the compromise between cost, mass and performance.
L’objectif de ce travail est d’apporter une aide à la décision quant au choix d’un matériau composite à renfort tissé hybride et non hybride pour une application où les effets du vieillissement conditionnent la décision. Cet objectif nécessite à la fois une approche expérimentale et théorique. L’approche expérimentale est menée, à partir d’essais standards (traction, flexion et torsion), par une caractérisation des propriétés élastiques et ultimes de chaque constituant (résine et unidirectionnel) et de chaque composite à renfort tissé. L’identification des mécanismes d’endommagement est ensuite obtenue sur la base des essais précédents puis d’essais de délaminage (mode I, II et mixte (I+II)) par l’utilisation d’une méthodologie associant les techniques d’émissions acoustiques et de microscopie. L’analyse met en évidence l’influence du vieillissement des résines, des fibres et des interfaces sur les modes de rupture du composite pouvant ainsi être très différents avant et après vieillissement. La seconde partie est consacrée à la modélisation du comportement mécanique des composites à armure hybride ou non dans les domaines élastiques et jusqu’à rupture. A partir d’une décomposition de la cellule de base, l’application de la théorie du stratifié permet de déterminer les propriétés élastiques 3D du composite en fonction des constituants, de l’armure, du titre des mèches et des caractéristiques géométriques puis de prédire les ruptures locales et finales du composite après prise en compte des endommagements successifs des constituants (résine et mèches). Le modèle aboutit à un logiciel de calcul nommé Mesotex permettant d’analyser aisément l’influence des paramètres structuraux (titre des mèches, armure, quantité de résine et hybridation) sur les propriétés élastiques et à rupture du composite. L’étude paramétrique conduit à faciliter le choix d’un matériau et d’atteindre un compromis coût/masse/performance optimisé.
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Cite

Daniel Scida. Etude et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renforts tissés hybrides et non hybrides. Sciences de l'ingénieur [physics]. Utc compiègne, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04468995⟩
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