Modélisation de l'endommagement d'un composite 3D carbone/carbone PDF Download
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Author: Alexia Este
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Book Description
Les composites 3D C/C sont utilisés dans l'industrie aérospatiale ou nucléaire pour leurstrès bonnes propriétés mécaniques à haute température. Afin d'assurer une intégrité optimaledes structures, la connaissance du comportement mécanique du composite, et plus particulièrementde ses mécanismes de rupture, est essentielle.Dans ce but, ce travail présente une modélisation de l'endommagement d'un composite3D C/C à température ambiante. Pour cela, une approche de modélisation à l'échelle mésoscopiquea été adoptée. A cette échelle, le composite 3D C/C présente deux types deconstituants : les baguettes de fibres de carbone et la matrice carbonée. Le comportement dechacun de ces méso-constituants est modélisé par une loi de comportement élastique endommageable(isotrope pour la matrice, orthotrope pour les baguettes) nécessitant un nombrede paramètres restreint. L'identification de ces paramètres repose sur des données expérimentalestirées de travaux antérieurs ainsi que celles issues d'une campagne expérimentale,menée durant la thèse, visant à compléter la connaissance du comportement mécanique ducomposite 3D C/C à l'échelle mésoscopique. Par ailleurs, des essais macroscopiques ont étéréalisés afin de valider le modèle développé. Les réponses expérimentales d'essais de flexion4 points et de flexion 3 points sont notamment bien reproduites par le méso-modèle.
Author: Alexia Este
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Les composites 3D C/C sont utilisés dans l'industrie aérospatiale ou nucléaire pour leurstrès bonnes propriétés mécaniques à haute température. Afin d'assurer une intégrité optimaledes structures, la connaissance du comportement mécanique du composite, et plus particulièrementde ses mécanismes de rupture, est essentielle.Dans ce but, ce travail présente une modélisation de l'endommagement d'un composite3D C/C à température ambiante. Pour cela, une approche de modélisation à l'échelle mésoscopiquea été adoptée. A cette échelle, le composite 3D C/C présente deux types deconstituants : les baguettes de fibres de carbone et la matrice carbonée. Le comportement dechacun de ces méso-constituants est modélisé par une loi de comportement élastique endommageable(isotrope pour la matrice, orthotrope pour les baguettes) nécessitant un nombrede paramètres restreint. L'identification de ces paramètres repose sur des données expérimentalestirées de travaux antérieurs ainsi que celles issues d'une campagne expérimentale,menée durant la thèse, visant à compléter la connaissance du comportement mécanique ducomposite 3D C/C à l'échelle mésoscopique. Par ailleurs, des essais macroscopiques ont étéréalisés afin de valider le modèle développé. Les réponses expérimentales d'essais de flexion4 points et de flexion 3 points sont notamment bien reproduites par le méso-modèle.
Author: Richard Grimaud
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Pages : 240
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Ce travail concerne la modélisation du comportement des matériaux composites tridirectionnels au-delà du domaine linéaire. On interprète cette non-linéarité par une diminution de la rigidité élastique et par l'apparition de déformations résiduelles. On propose alors plusieurs modèles couplant élasticité, plasticité et endommagement qui permettent de reconstituer le comportement mécanique moyen. Nous disposons pour illustrer ces modèles des résultats d'essais de traction hors axes avec décharges élastiques et mesures des déformations transversales d'un composite carbone-carbone. L’intérêt de ce type d'essai est qu'il induit dans les directions d'orthotropie des contraintes de cisaillement. Après quelques généralités sur les matériaux composites tridirectionnels nous développons les bases thermodynamiques et phénoménologiques qui nous ont servi à mettre en place nos modèles. Nous insisterons tout particulièrement sur la description de l'endommagement. Nous présentons ensuite nos deux modèles de comportement (découplé et couple) dans le cadre général des matériaux standards généralisés. Nous terminons enfin par l'identification et à la validation de ces lois sur des essais fournis par la société européenne de propulsion de bordeaux (S.E.P.)
Author: Adrien Gillard
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Les composites 3D C/C sont utilisés, entre autres, comme bouclier thermique dans le domaine aérospatial en raison de leurs propriétés thermomécaniques et de leur résistance à l'ablation à haute température. Si leur comportement macroscopique a déjà été largement étudié par le passé, aucun modèle ne permet actuellement de relier de manière satisfaisante le comportement des constituants au comportement effectif du composite. En particulier, les modèles phénoménologiques ne permettent pas d'anticiper l'effet d'un éventuel changement de constituant. De plus, le rôle des interfaces dans le comportement hors-axe du composite reste à déterminer. L'objectif de ce travail est donc d'établir un modèle multi-échelle du comportement thermomécanique d'un 3D C/C en s'intéressant plus particulièrement au rôle des interfaces à haute température. Ce travail s'articule autour de la caractérisation de la morphologie et du comportement thermomécanique du matériau et de ses constituants. Le développement d'un dispositif original de push-out a notamment permis de mesurer les propriétés des interfaces baguette/baguette et fibre/matrice en température. Ces données expérimentales ont été intégrées à un modèle numérique du matériau à l'échelle mésoscopique. Un modèle de zone cohésive ad hoc a été développé afin de prendre en compte le comportement spécifique des interfaces. Les simulations éléments finis ainsi réalisées ont permis de reproduire avec succès le comportement non-linéaire du matériau de même que l'évolution de ses propriétés effectives avec la température. Ce modèle permet ainsi de relier les mécanismes d'endommagement observés aux échelles inférieures au comportement macroscopique du 3D C/C.
Author: Clément Nony
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L'évolution du contexte industriel pousse l'industrie du transport, et plus particulièrement le secteur automobile, à réaliser des gains de de masse. Ceci passe, pour partie, par le développement de nouvelles solutions en matériaux composites. Le présent travail de thèse est consacré à la caractérisation mécanique et à la modélisation micromécanique d'un nouveau matériau composite SMC renforcé de mèches de fibres de carbone. L'objectif est de constituer une première base de connaissances sur le comportement de ce SMC en fatigue. Les investigations expérimentales passent notamment par l'analyse de la microstructure, la caractérisation du comportement mécanique sous sollicitation quasi-statique et de fatigue ainsi que par l'analyse des modes de dégradations. L'approche multi-échelle développée prend en compte la microstructure du matériau aux deux échelles mises en évidence à travers deux homogénéisations successives par une méthode Mori-Tanaka. Cette stratégie de modélisation permet de relier le comportement des fibres et le comportement élasto-plastique de la matrice à travers une loi de comportement dédiée à celui du matériau composite, et enfin d'intégrer la distribution d'orientation des mèches induites par le procédé de thermocompression.Le modèle multi-échelle a été identifié par une méthode inverse à partir des bases de données expérimentales constituées lors des travaux. La loi constitutive globale, à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif, a été implémentée dans la bibliothèque scientifique SMART+ en langage C++ et a été conçue pour être compatible dans le cadre d'analyse de structures par éléments finis. En régime non-linéaire intégrant l'endommagement.
Author: Michel Poss
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Languages : fr
Pages : 270
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On étudie la modélisation du comportement homogène équivalent des matériaux composites 3d (tridimensionnels), en particulier des matériaux carbone-carbone. On pressente ces matériaux, ainsi que les notions de contraintes, déformations, déplacements moyens et locaux (notions importantes pour les mesures car les éprouvettes ne présentent que quelques mailles dans leur section droite). On expose les difficultés expérimentales et les méthodes pour les surmonter. A partir des résultats on construit un modèle de comportement compatible avec les deux principes de la thermodynamique. Comparaison entre les réponses théoriques et expérimentales
Author: Catherine Davy (docteur en mécanique.)
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ISBN: 9782110932280
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Pages : 186
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Author: Laurence Moncelly
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Pages : 130
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST DE COMPRENDRE ET D'IDENTIFIER LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT D'UN ASSEMBLAGE COMPOSITE CARBONE - CARBONE / CUIVRE SOUS CHARGEMENT THERMOMECANIQUE. L'ETUDE DU COMPOSITE A PERMIS L'ELABORATION DE MODELES DE COMPORTEMENT NON-LINEAIRES. CEUX-CI ONT ETE IMPLANTES DANS LE CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS CASTEM2000. ILS ONT ETE VALIDES LORS D'UNE CORRELATION AVEC DES ESSAIS MECANIQUES REALISES SUR DES EPROUVETTES MULTI-MATERIAUX. CES ESSAIS ONT EGALEMENT PERMIS DE MIEUX COMPRENDRE LE COMPORTEMENT DE LA LIAISON COMPOSITE / CUIVRE (MODES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE A PLUSIEURS TEMPERATURES) SOUS SOLLICITATION DE TRACTION ET DE CISAILLEMENT. LORS D'ANALYSES D'ESSAIS DE CYCLAGE THERMIQUE PAR OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES, LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT DE L'ASSEMBLAGE SOUS CHARGEMENT THERMOMECANIQUE ONT ETE ETUDIES ET IDENTIFIES. ILS SE CARACTERISENT PAR L'APPARITION DE FISSURES MACROSCOPIQUES AU SEIN DU COMPOSITE, PROCHES DE L'INTERFACE AVEC LE CUIVRE. LA QUALITE DE LA CORRELATION ESSAIS / SIMULATION A PROGRESSE GRACE A LA PRISE EN COMPTE DES CONTRAINTES RESIDUELLES DE FABRICATION, L'AMELIORATION DE LA MODELISATION DES MATERIAUX EN JEU ET LES RESULTATS DES ESSAIS MECANIQUES (CARACTERISATION DE LA LIAISON COMPOSITE / CUIVRE).
Author: Michel Gratton
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ISBN: 9782110909824
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Languages : fr
Pages : 195
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Ce travail, mené en collaboration avec l'aérospatiale Les Mureaux et le centre d'études de Gramat, concerne la modélisation de matériaux composites tridirectionnels carbone/carbone sous sollicitations fortement dynamiques. Pour ce type de sollicitations, la notion de matériau homogène équivalent est inadaptée. L'objet de ce travail est de tester l'aptitude d'une modélisation a l'échelle des constituants mésoscopique (torons de fibres et blocs de matrice), a reproduire la réponse du matériau sous choc. Le matériau est tout d'abord identifie a l'échelle de ses méso-constituants. A cette fin, divers essais quasi-statiques sont réalisés et une modélisation sans effet de vitesse du comportement des constituants est alors proposée. Elle prend en compte des mécanismes d'endommagement, de compaction et d'anélasticité. Une technique de changement d'échelle, basée sur les développements asymptotiques adaptée aux matériaux périodiques, est utilisée. Associée à une analyse de sensibilité et à une hiérarchisation des mécanismes non-linéaires, elle permet de déterminer les paramètres locaux du modèle a partir des réponses globales du matériau. Afin de tester le méso-modèle ainsi identifie, une partie des informations est exploitée dans un logiciel de dynamique simplifie. Ce dernier permet de simuler les essais d'impact plaque/plaque suivant une direction de torons. Des essais de compression dynamique et des essais d'écaillage (réalisés par le ceg) sont ainsi bien reproduits. Les simulations montrent des modes distincts de propagation d'ondes dans les torons et dans la matrice ainsi que des phénomènes de transferts de charges. Des essais i pulsionnels, mal reproduits par simulation, ouvrent de nombreuses perspectives, notamment sur la nécessite de compléter la modélisation du comportement des méso-constituants par une sensibilité a la vitesse de déformation.
Author: Amandine Raude
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Languages : fr
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Les composites C/C sont utilisés dans les domaines du spatial et de l'aéronautique pour leurs excellentes propriétés thermomécaniques depuis la température ambiante jusqu'aux très hautes températures (> 3000°C). Ces matériaux ont une architecture complexe constituée de nappes de fibres stratifiées et aiguilletées. Leur utilisation en zones fortement sollicitées et à haute température nécessite une maîtrise des propriétés thermiques et mécaniques. Actuellement, la conception du matériau se fait de manière empirique et itérative. Pour l'accélérer, le développement d'un modèle numérique multi-échelle prédictif du comportement du composite C/C est proposé. Ce matériau a tout d'abord été caractérisé morphologiquement à ses différentes échelles caractéristiques, les propriétés thermomécaniques de ses constituants élémentaires ont également été identifiées. A l'échelle microscopique, les fils sont représentés de façon homogène et thermoélastique à partir des taux de constituants qui leurs sont associés. A l'échelle mésoscopique, deux aspects morphologiques semblent prédominants : son architecture ainsi que ses porosités et endommagements. Leur effet sur le comportement effectif du composite C/C est étudié dans le but d'évaluer leur influence relative et d'aboutir à une description suffisamment fine de leurs morphologies dans la modélisation effectuée. Un modèle de matériau idéalisé ainsi qu'un modèle basé images ont été développés. La simulation d'essais macroscopiques a révélé que ces deux aspects avaient un effet non-négligeable sur le comportement effectif du composite C/C et ont permis le développement et la validation d'un modèle prédictif multi-échelle de ce matériau, prenant en compte les caractéristiques précédentes, et permettant le lien entre l'échelle de ses constituants élémentaires et celle macroscopique.
Author: Christophe Cluzel
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Ce travail porte sur l'étude d'un matériau composite carbone/carbone. C'est un matériau thermostructural 3D-évolutif, réalisé par l'aérospatiale aquitaine. Il se présente comme un stratifié renforcé dans sa direction normale par un cloutage visant à empêcher le délaminage. Le caractère évolutif de ce matériau concerne le nombre de plis, l'orientation des directions de fibres dans le plan du composite et le pas du piquage, ce qui permet d'optimiser le matériau lors de sa réalisation. L'objectif est de modéliser son comportement en fonction de celui de ses constituants pour être en mesure de prédire la réponse d'une structure soumise a une sollicitation complexe. Deux types de modélisation ont été développés. D'abord un modèle de type stratifié pour le comportement intérieur de la plaque ou, a priori, les phénomènes de délaminage sont peu importants. Le constituant élémentaire est alors la monocouche, son comportement est élastoplastique endommageable. Pour l'analyse des phénomènes tridimensionnels une mésomodélisation 3D a été développée. La méthode est basée sur l'homogénéisation par développement asymptotique. Un outil numérique a permis, en élasticité, de relier le comportement des meso-constituants au comportement macroscopique du matériau. L'identification des paramètres des meso-constituants s'appuie sur des essais de traction et de compression sur différentes séquences d'empilement. Ce matériau est utilisé à haute température, mais cette première étude concerne le comportement à l'ambiante
