Cheng CHEN - ed

ECOLE DOCTORALE
« Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés »
Vous êtes cordialement invités à la soutenance de la thèse de
Cheng, CHEN
27. Mars . 2015 10h
Salle de soutenance, ISAE-SUPAERO
Contribution à la prise en compte des effets de l’environnement sur la
tolérance aux dommages d'impact de stratifiés composites
Résumé
L’utilisation extensive des matériaux composites dans l’industrie aéronautique nécessite une
compréhension étendue de leur comportement mécanique et mécanismes
d’endommagement. Inhérente à la vie en service de l’avion, les effets environnementaux
hygrothermiques sont un facteur important à prendre en compte lors de la conception de ces
structures. La sensibilité à l’impact sur stratifié, faiblesse majeure des composites stratifiés,
est largement abordé dans la littérature. Cependant la prise en compte des effets
environnementaux, température et vieillissement humide, dans la prévision du comportement
à l’impact, des endommagements et des mécanismes associés reste un sujet encore peu
traité actuellement.
Dans ce travail différentes conditions de vieillissement humide accéléré (dénommées ciaprès état neuf, 65% VH, et 90%VH) ont été appliquées au matériau de l’étude. La
caractérisation des propriétés du pli et de l’interface ont été caractérisées pour différentes
températures d’essais : température ambiante et 80°C. Une attention particulière a été
portée à l’identification des propriétés en cisaillement plan qui se caractérise par un
comportement fortement élasto-plastique fonction des conditions environnementales
imposées au matériau.
Un modèle d’endommagement progressif basé sur la mécanique de l’endommagement dans
les milieux continus est proposé afin de décrire au mieux le comportement du pli élémentaire
en prenant en compte les comportements fortement non-linéaires identifiés pour le
cisaillement plan de ce matériau. Ce modèle matériau de comportement du pli est combiné
avec des lois cohésives d’interface inter-laminaire dans des simulations numériques d’impact
à faible vitesse afin de prédire la réponse mécanique à l’impact et les dommages associés
(càd les ruptures de fibres, fissurations matricielles et délaminages).
Le modèle de comportement matériau a été implémenté dans le code de calcul explicite LSDyna comme une loi matériau utilisateur. Des essais d’impact à différentes énergies ont été
effectués pour différentes stratifications afin de valider par comparaison essais-calcul
l’approche utilisée. Une bonne adéquation est observée entre les résultats numériques et
expérimentaux du matériau non-vieilli et testé à température ambiante pour ce qui concerne
l’historique de la force, du déplacement et de la durée de l’impact. Les contrôles effectuées :
coupes micrographiques, CND, ont montré une bonne cohérence des résultats de simulation
avec les observations pour ce qui concerne la localisation des ruptures de fibres, des zones
de fissuration matricielles et l’étendue et la forme des délaminages.
Mots-Clés : Impact, composite, stratifié, endommagement, simulation numérique, effets
environnementaux
Etablissement d’inscription : Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE)
Composition du Jury :
M. Daniel COUTELLIER, Professeur des Universités, ENSIAME - Président du jury
M. Alain THIONNET, Professeur des Universités, MINES ParisTech - Rapporteur
M. Laurent GUILLAUMAT, Professeur des Universités, EMSAM - Rapporteur
M. Laurent MICHEL, Professeur associé, ISAE-SUPAERO - Directeur de thèse
M. Frédéric LACHAUD, Professeur ERE, ISAE-SUPAERO - Encadrant
Mme. Christine ESPINOSA, Professeur associé, ISAE-SUPAERO - Encadrant