Search

International audience

National audience; Les singularités de type coupure dans des structures minces en matériaux stratifiés composites sont particulièrement difficiles à appréhender vis-à-vis de l’endommagement et des mécanismes de rupture. Le comportement de trois séquences d ’empilement contenant le même nombre de plis (avec des modifications dans l’ordre des plis) est étudié à l’aide de la thermographie infrarouge puis simulé à l’aide d’un modèle éléments finis utilisant des interfaces cohésives pour représenter la fissuration matricielle, le délaminage et leurs couplages (« Discrete Ply Model »).

National audience; Des essais de structures composites entaillées sous sollicitations combinées sont réalisés sur un banc spécifique développé dans le cadre de l’ANR Vertex. La réponse est d’ordre structural et l’éprouvette est intrinsèque à la structure et interagit avec le banc. Ces essais sont instrumentés par la Stéréo-CIN-EF qui permet de capturer les conditions aux limites sur l’éprouvette lors de l’essai et un échange de données est effectuée avec un modèle avancé d’endommagement des structures composites de type DPM.

National audience; no abstract

National audience; La méthode de modélisation discrète des plis (DPM : Discrete Ply Modelling) est une stratégie de modélisation qui a été développé initialement pour la modélisation des impacts basse vitesse/basse énergie sur stratifiés et qui s’est révélée particulièrement efficace. Sa robustesse a été démontrée et elle a été appliquée avec succès à un certain nombre de problématiques : impact sur stratifiés, calcul de l’indentation résiduelle, compression après impact, impact sur chant ou sur zone de reprise de plis. Si elle repose sur maillage complexe qui offre des chemins naturels de fissurations matricielles et de délaminage, elle présente l’avantage de ne reposer que sur 13 paramètres parfaitement objectifs : les constantes élastiques, les contraintes à rupture matrice, les déformations des fibres à rupture en traction, les taux de restitution d’énergie critiques pour les interfaces ainsi que pour les fibres en compression. Cette méthode est aussi insensible par nature aux phénomènes de localisation et permet de représenter physiquement les ruptures observées en pratique. Dans ce papier, on présentera les cas particuliers de l’arrachement et de la rupture trouée en détaillant les particularités de maillage et la corrélation des essais. Des perspectives seront données en ce qui concerne la modélisation et les essais des assemblages en lien en particulier avec l’ANR Vertex.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La modélisation discrète pli par pli précédemment utilisée avec pertinence pour des problématiques d’endommagement hors-plan des structures composites (impact, arrachement) est ici appliquée pour la première fois à la rupture dans le plan en traction d’éprouvettes stratifiées trouées qui est un test de référence. Un panel de 4 drapages très différents à base d’UD carbone est utilisé. La modélisation permet une bonne prédiction des ruptures et permet une analyse fine du scénario de rupture. Le principal avantage de la méthodologie est qu’elle est basée sur un nombre faible de caractéristiques matériaux usuelles (résistances, taux de restitution d’énergie,…). Ses principaux inconvénients sont un maillage complexe et des temps de calculs très longs.

National audience; Les structures composites sont de plus en plus présentes dans le domaine aéronautique. En service, ces structures sont sujettes à des charges statiques et dynamiques. Le perçage, procédé d\textquoterightusinage qui permet le montage de fixations mécaniques pour assembler ces structures, crée des défauts tels que délaminage, écaillage, arrachements de fibres, surchauffes de la paroi du trou. Ces défauts peuvent avoir des effets néfastes sur le comportement statique e t en fatigue des structures composites. Les caractéristiques mécaniques pour lesquelles une influence est possible sont : la rigidité, les résistances en traction et compression en statique ou en fatigue pour des trous habités ou non. Dans ce travail, les relations entre les paramètres de perçage, le matériau de l\textquoterightoutil, sa géométrie et la qualité des alésages mesurée par les critères standards d\textquoterightétat de surface ont été établies. Un critère de qualité des parois de trou pour les matériaux composites autre que les critères normalisés a été proposé et une corrélation est établie entre la qualité de la paroi et la tenue en matage pur à l\textquoterightaide d\textquoterightune étude numérique et expérimentale couplée.

National audience; Dans les structures aéronautiques, il est de plus en plus fréquent de voir des assemblages mettant en jeu des stratifiés d'épaisseur faible. Dans certains cas comme les jonctions en L, des efforts hors plan apparaissent au niveau de l'assemblage qui peuvent conduire à un mode de rupture appelé quelque fois déboutonnage mais plus couramment par l'anglicisme " pull-through ". Ce mode de rupture est généré par le poinçonnement progressif du stratifié par la tête de la fixation avec parfois au final le passage complet de la tête au travers du stratifié [1]. Des analyses micrographiques qualitatives ont montré que ces endommagements étaient très similaires à ceux observés en impact. De ce fait, il a été envisagé d'étendre l'approche développée par Bouvet et al. [2] à cette problématique. Le modèle éléments finis est basé sur un maillage particulier qui suit les orientations des plis. Des éléments cohésifs sont disposés aux interfaces des éléments volumiques pour pouvoir représenter la fissuration matricielle ou le délaminage et permettre un couplage naturel entre ces deux endommagements. Le modèle permet une bonne comparaison avec les essais réalisés en terme de graphe effort d'arrachement/déplacement de la tête de vis ainsi qu'une prédiction correcte des cartographies d'endommagement.

National audience; Le contexte général du développement des procédés hors-autoclave dans l'industrie aéronautique conduit à s'interroger sur les liens possibles entre ces nouveaux procédés et le comportement mécanique à l'impact des pièces composites obtenues. Dans cette étude, un plan d'expérience a été utilisé pour établir ces liens éventuels. L'étude a portée sur le procédé d'infusion de résine liquide appliqué à des stratifiés de quadri-axiaux NCF cousus ou non cousus. Cinq paramètres procédés ont été retenus (couture, température de cuisson, position de préforme, nombre de tissus drainants, niveau de vide). Les plaques infusées ont été impactée à 35J et les paramètres d'étude retenus sont pendant et après l'impact : le déplacement maximal de l'impacteur, l'énergie absorbée, la profondeur d'indentation permanente, la surface délaminée. Puis des essais de compression après impact ont été réalisés et la contrainte moyenne correspondante mesurée. Les interactions trouvées par la méthode d'analyse statistique montrent une très forte sensibilité des paramètres d'impact à la présence de la couture, ce qui est attendu. Des influences de la température de cuisson et de la position de la préforme, sont aussi trouvées sur la profondeur d'indentation permanente. Au bilan, il a été démontré que le procédé d'infusion de résine lui-même n'implique pas de comportement spécifique à l'impact.

Issu de : Rotomoulage, Thermoformage et Soufflage (RTS 2009), 11 au 13 mars 2009, Albi, FRANCE; National audience; Optimization of Interlaminar Shear Strength (ILSS) of composites materials made by Liquid Resin Infusion (LRI) according to the manufacturing parameters. The liquid resin infusion (LRI) process is a composite manufacturing technique where liquid resin infuses through the thickness of the preform reinforcement. Understanding the physical phenomena occurring during vacuum infusion process (VIP) allowed to identify the manufacturing parameters that have the largest effects on the variation of mechanical properties of composite structures. These parameters are classified by tree sets: texture reinforcement, process configuration and process temperatures. An experimental plan was designed to identify the relationship between the manufacturing parameters and mechanical properties of infused composites. The goal of this study is to propose and optimize the mechanical properties of quadri axial carbon non-crimp-fabric (NCF)/epoxy RTM 6 composites according to the LRI process parameters. In this research, influences and effects of these parameters on the Interlaminar Shear Strength (ILSS) and the void contentVpof structures made were analysed statistically. Results showed the in-crease ofVpdepending on increasing of mould temperature and increasing of curing tem-perature of epoxy RTM 6 resin. Void content inside infused composites increases when, thenumber of carbon NCF layers which constitutes the preform reinforcement increases. Thislast result is confirmed with the consideration of the number of carbon NCF layers in aunique manner like a influenced process parameter. This result is verified also when thenumber of NCF layers is in interaction between number of high porous media (HPM) layersfabric. This fabric helps draining resin alongthe length of structure during the process. Theanalysis proved that the Interlaminar shear properties are influenced by void content.; La technique de fabrication de composites par infusion de résine (LRI : liquid resin infusion) consiste en l'imprégnation d'une résine liquide à travers l'épaisseur d'une préforme sèche. La compréhension des phénomènes physiques se produisant au cours des procédés d'infusion de résine sous vide a permis d'identifier les paramètres de fabrication qui ont le plus d'effets sur la variation des propriétés mécaniques des structures composites mises en oeuvre. Ces paramètres sont classés en trois groupes : la texture du renfort, la configuration du procédé et les températures du procédé. Un plan d'expérience a été conçu pour comprendre les relations qui existent entre les paramètres de fabrication et les propriétés mécaniques des composites infusés. Cette étude a pour finalité de proposer et d'optimiser les propriétés mécaniques des composites carbone quadri axiaux NCF (non-crimp-fabric)/époxy RTM 6 en jouant sur les paramètres liés au procédé LRI. Dans cette recherche, les influences et les effets de ces paramètres sur la résistance au cisaillement interlaminaire (RCIL) et la fraction volumique en porosités V p des structures fabriquées sont analysés de manière statistique. L'étude a montré une croissance de V p en fonction de l'augmentation de la température du moule ainsi que de la température de réticulation de la résine. Le taux de porosités dans les composites infusés augmente lorsque le nombre de couches de carbone NCF constituant la préforme croît. Ce dernier résultat se vérifie en prenant en considération le nombre de couches de carbone NCF de manière unique comme paramètre d'influence, mais aussi lorsque celui-ci est en interaction avec le nombre de couches de tissu drainant la résine le long de la pièce au cours du processus d'infusion. Les résultats des analyses ont prouvé que les propriétés en cisaillement interlaminaire (RCIL) sont influencées par le taux de porosités du matériau.

This thesis is part of the study of local post-buckling of large stiffened composite structures. Post-buckling of such structures actually rather concerns skin between stiffeners, called the elementary mesh of the structure. The finite element simulation of structures subjected to post-bucking still faces computational limits, especially for large structures. Only restricted area may be studied for now, neglecting global/local interactions. The aim of the thesis is to propose an efficient computational strategy for local post-buckling analysis of large stiffened structures from knowledge on mechanical behavior of post-buckling structures and a natural partitionning along stiffeners conducive to parallel computation. Several strategies have already been proposed in response to this issue. Among them are the adaptive model reduction solving techniques which demonstrated their ability to drastically reduce the number of unknowns as well as to control the approximation error of solving non-linear problems. The challenges regarding these techniques are the computation of a reduced basis at lower cost and the use of an efficient adaptive procedure. Furthermore, domain decomposition methods with a non-linear local step are suited to parallel computation in structural mechanics in the presence of local non-linearities. Load balancing and scalability of the global step are their main limits. Our work deals first with an adaptive model reduction strategy. An initial reduced basis is made of two components only, which are computed at a low cost. They contain relevant information enabling to find a compromise between the cost of building them up and the cost of the "on the fly" adaptivity. This strategy is evaluated in the case of shear of a stiffened panel and has just been published. In order to adress larger stiffened structures subjected to local post-buckling, like an aircraft fuselage, partitioning is then performed. The model reduction, as well as the adaptive procedure are written in the framework of the primal domain decomposition method with a non-linear local step. Local problems and interface problem are solved using a reduced basis. The adaptive procedure is rationalized over subdomains and interface. The partitioned strategy is also tested in the case of shear of a stiffened panel. The methods are implemented in a research code developed for the purpose of the thesis. Experience and feedbacks on software development for the evaluation of solving methods are capitalized in a finite element object oriented library.; Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude du post-flambement local des grandes structures composites raidies. Le post-flambement de telles structures concerne effectivement, en priorité, les éléments de peau entre les raidisseurs, appelés mailles. La simulation du post-flambement par la méthode des éléments-finis est aujourd'hui limitée par le coût du calcul, en particulier pour les grandes structures. Seules des zones restreintes peuvent être étudiées, en négligeant les interactions global/local. L'objectif de cette thèse est de proposer une stratégie de calcul performante pour la simulation du post-flambement local des grandes structures raidies à partir des connaissances sur le comportement mécanique des structures en post-flambement et d'un découpage naturel le long des raidisseurs favorable au calcul parallèle. Plusieurs stratégies de résolution ont déjà été proposées dans la littérature. Parmi celles-ci, les méthodes de réduction de modèle adaptative ont démontré leur capacité à réduire le nombre d'inconnues tout en maîtrisant l'erreur d'approximation de la solution des problèmes non-linéaires. La construction d'une base réduite à faible coût et l'amélioration de l'efficacité de la procédure adaptative font partie des défis actuels concernant ces méthodes. Par ailleurs, les méthodes de décomposition de domaine avec localisation non-linéaire sont particulièrement adaptées au calcul parallèle en mécanique des structures en présence de non-linéarités locales. L'équilibrage des charges et l'extensibilité du problème d'interface en sont les principales limites. Les travaux de thèse portent dans un premier temps sur une stratégie de réduction de modèle adaptative. La base réduite initiale est formée de seulement deux composantes, calculées en début de résolution à faible coût. Les informations qui y sont contenues permettent de trouver un compromis entre leur coût de constitution et le coût de la procédure d'adaptation, qui est choisie du type "à la volée". Cette stratégie est évaluée sur un problème de post-flambement en cisaillement d'une plaque raidie et donne lieu à une publication. Dans le cas d'un flambement localisé sur quelques mailles d'une grande structure raidie, comme celle d'un fuselage, une combinaison avec une méthode de décomposition de domaine primale est ensuite formulée. La réduction de modèle par projection est partionnée, ainsi que la procédure d'adaptation. Le traitement des zones en post-flambement est différencié par localisation non-linéaire réduite et le coût de la procédure d'adaptation est rationalisé. Toutes les méthodes sont implémentées dans un code de recherche programmé pendant la thèse. L'expérience du développement de code pour l'évaluation de méthodes de résolution est capitalisée à travers la conception et la programmation d'une bibliothèque éléments-finis orientée objet.

The structural components of the helmet are designed to protect the head from impact by dissipating the kinetic energy of the projectile and ensuring that any contact between the projectile and the impacted body is avoided. Most of the energy is dissipated by the inner core but the outer shell must be designed with the greatest attention since the structure has several critical roles during impact: resisting the perforation by the projectile and assisting the distribution of load on the foam. In addition, from a design point of view, the mass gain may be more important on the shell than on the foam. Though the outer shell and the inner foam are both essential, particular attention is paid to the helmet shell. The objective of this research, in collaboration with Thales Avionics, is to establish a relationship between phenomena occurring at the microscopic level and the macroscopic response. The study will provide significant new information to industry to aid them in selecting materials with improved characteristics under impact. A first series of tests revealed that the addition of triblock copolymer (Nanostrength) in the matrix of the Kevlar/Epoxy composite significantly increased the impact performance of the composite. The influence of the physico-chemical parameters on impact behavior was studied. It was observed that a high fibre weight fraction coupled with 10% Nanostrength considerably improved puncture resistance and increased the energy dissipated. Next, in order to understand the processes that promote energy dissipation and model numerically the helmet shell a behavior law was chosen. The model was an elastic material model with damage. Quasi-static and dynamic tests were performed to obtain the material parameters. The model identification was optimized and validated by comparing experimental data and simulation results. This work presents a significant first step towards developing a numerical model of the helmet that can quantify the phenomena and optimize the structure for industrial applications., Constitué d'un calotin en mousse et d'une coque extérieure, un casque protège la tête d'un impact, respectivement en dissipant une partie de l'énergie du choc et en limitant la pénétration d'un objet impactant. Une attention particulière est portée à la coque du casque. En effet, même si la plus grande partie de l'énergie est dissipée par la mousse, la coque assure deux rôles essentiels qui sont la protection à la pénétration et la distribution des déformations sur la mousse. De plus, du côté industriel le gain de masse peut s'avérer plus important sur la coque que sur la mousse. L'objectif de ce travail de recherche, réalisé en collaboration avec Thalès Avionics, est d'établir, pour la coque, des relations entre les phénomènes intervenants à l'échelle microscopique et la réponse acroscopique de la structure lors d'une sollicitation. D'un point de vue industriel, cette étude permet de sélectionner des matériaux aux caractéristiques améliorées vis-à-vis de l'impact. Une première campagne d'essais a révélé que l'ajout de copolymère tribloc (Nanostrengths) dans la matrice du composite Kevlar/Époxy augmente significativement les performances à l'impact du composite. En premier lieu, l'influence des caractéristiques physico-chimiques sur le comportement à l'impact est étudiée. Il en ressort qu'un fort taux de fibre couplé à 10% de Nanostrength améliore significativement la résistance à la perforation et augmente l'énergie dissipée. Ensuite, en vue de modéliser la coque du casque et de déterminer les phénomènes qui favorisent la dissipation d'énergie, un modèle de comportement est choisi. Il s'agit d'un modèle élastique endommageable. L'identification du modèle est réalisée en quasi-statique et en dynamique grâce à des essais matériaux. L'identification du modèle est optimisée et validée par la confrontation des résultats expérimentaux et des résultats de simulation. Ce travail constitue la première étape, vers la modélisation du casque dans le but de quantifier les phénomènes et d'optimiser sa structure vis-à-vis de l'application industrielle.