Dissertations / Theses: 'Composites à fibres – Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus) – Modèles mathématiques'

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Touchard, Fabienne. "Spécificités du comportement mécanique de composites stratifiés à fibres longues et à matrice thermoplastique." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2338.

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Abstract:

L'utilisation des stratifies composites dans des structures aerospatiales de plus en plus complexes a rendu necessaire l'elaboration de modeles previsionnels du comportement mecanique de plaques composites lisses ou trouees. Dans ce cadre, cette etude concerne des stratifies en apc-2 (fibres longues de carbone et resine thermoplastique) soumis a une traction uniaxiale. Une comparaison systematique avec le composite thermodurcissable t300/914 a ete effectuee. Grace a des essais de cyclages sur divers stratifies lisses, a des mesures de deplacements plans par granularite laser sur des stratifies troues et aux suivis d'endommagement, il a ete possible d'adapter un modele de comportement elasto-plastique endommageable aux specificites de l'apc-2 et de reunir les outils necessaire a la modelisation du comportement mecanique de stratifies lisses et troues en composite thermoplastique

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Zitoune, Redouane. "Analyse des conditions d'usinage lors du perçage de structures composites fibres longues en carbone-époxy." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30182.

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Abstract:

Le perçage de structures composites fibres longues en carbone/époxy est accompagné de dommages qui sont répertoriés suivant leur lieu d'apparition, on distingue trois zones, l'entrée du trou - qui correspond à la décohésion du pli supérieur du stratifié, la paroi du trou - avec l'arrachement de fibres et la dégradation de la résine et la sortie du trou - avec la décohésion du dernier pli. Les zones de bord et de sortie de trou sont le siége des défauts majeurs qui nuisent à la durée de vie des assemblages boulonnés ou rivetés. Dans le cadre de ce travail on s'intéresse à l'analyse du défaut de bord et du défaut en sortie du trou. Pour l'analyse du défaut de bord, une étude simplifiée est proposée. Elle consiste en étude expérimentale et numérique de la coupe orthogonale de stratifiés unidirectionnels orientés respectivement à 0ʿ, +45ʿ, 90ʿ et -45ʿ par rapport à la direction de la vitesse de coupe notée Vc. Pour l'analyse du défaut en sortie du trou, une étude expérimentale et numérique sur deux types de matériaux en carbone/époxy fibres longues est effectuée
The drilling of composite structures long fibres in carbon/epoxy is accompanied by damages which are indexed according to their place of appearance. We distinguish three zones: at the entry of the hole - which corresponds to the separation of the top ply of the laminate, at the wall of the hole - with wrenching of fibres and the resin degradation, and at the exit of the hole - with the separation of the last ply. The zones of the wall and hole exit are the place of the major defects which harm the lifetime of bolted or riveted assemblies. Within the framework of this work we are interested in the analysis of the wall and exit hole defects. To analysis the wall defect, a simplified study is proposed. It consists in a numerical and experimental study of the orthogonal cutting of unidirectional laminates. The angle (q) between the fibres and the cutting speed direction (Vc) is respectively 0ʿ, +45ʿ, 90ʿ and -45ʿ. For the analysis of the defect at the hole exit, an experimental and numerical study on two types of materials in carbon/epoxy long fibres is carried out

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Meraghni, Fodil. "Identification expérimentale des mécanismes d'endommagement contribuant à la modélisation micromécanique du comportement élastique-endommageable des composites à fibres discontinues orientées aléatoirement (C. F. D. O. A)." Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD697.

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Abstract:

L'objet de ce travail est de développer un outil de prévision du comportement élastique-endommageable des matériaux composites à fibres discontinues orientées aléatoirement (C. F. D. O. A). L'étude a été abordée selon deux approches complémentaires. L'approche expérimentale avait pour objectif de constituer une base de données expérimentales nécessaire pour le développement de l'approche théorique. L'approche expérimentale a permis d'appréhender la microstructure du matériau et surtout d'identifier les mécanismes d'endommagement responsables de sa dégradation progressive. C'est au travers d'une méthodologie expérimentale basée sur l'utilisation conjointe des techniques d'émission acoustique et des observations microscopiques que les mécanismes d'endommagement ont été identifiés, localisés et attribués à des intervalles d'amplitudes caractéristiques. L'application de cette méthodologie d'investigation lors de différents types d'essais mécaniques (Traction, Traction avec décharges, Traction/Impact, Mode I, Mode II, Torsion,. . . ) et sur trois classes de matériaux a largement contribué à cerner l'influence des paramètres structuraux et du type de sollicitation sur l'avènement et l'évolution des mécanismes d'endommagement. Avec cet état d'esprit, il apparait évident que toute modélisation du comportement des C. F. D. O. A doit nécessairement tenir compte de cette spécificité structurale du matériau. La seconde approche du problème traite de la modélisation du comportement (3D) endommagé. C'est une approche micromécanique basée sur le modèle de Mori-Tanaka fondé sur la théorie de l'inclusion équivalente d'Eshelby. Cette modélisation consiste en un passage micro-méso suivi d'un passage méso-macro permettant ainsi d'intégrer le rôle de la mèche sur le comportement du matériau. La prise en compte des mécanismes d'endommagement a conduit a l'introduction de la notion de participation d'un mécanisme (i) a une phase (j) notée (Pji) et dont l'évolution est évaluée expérimentalement en se basant sur le suivi de l'endommagement par émission acoustique. L'outil de prévision ainsi développé aboutit alors à une étroite interaction entre les deux approches du problème. Il permet alors de prédire le comportement élastique-endommageable des C. F. D. O. A en y intégrant l'aspect microstructural de ces matériaux. L'identification d'une fonction de charge F (S, β), définie explicitement, permet de simuler des essais mécaniques tels que l'essai de traction. Ce travail est une contribution au domaine de recherches relatif à l'identification et la modélisation de l'endommagement dans les matériaux composites. Ceci permet alors l'intégration de cet endommagement dans les codes de calculs de structures.

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Lai, Dawei. "Contribution à la modélisation de la rupture des plaques stratifiées entaillées sous un chargement monotone ou cyclique comprenant une sollicitation de compression." Compiègne, 1988. http://www.theses.fr/1988COMPD150.

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Abstract:

Le comportement à l'endommagement en compression est un facteur très important dans la conception des matériaux composites, notamment lorsque ces derniers sont sujets à des concentration de contraintes. Le but de cette étude est de comprendre les mécanismes de défaillance des plaques stratifiées soumises à ce type de sollicitations. Pour éviter les difficultés habituelles de l'étude en compression, les tests mécaniques sont effectués sur des éprouvettes compactes. L'évolution de l'endommagement est suivie au cours des essais, puis reliée à la variation du comportement mécanique. Ceci permet de dégager, par la suite des critères et des lois de comportement.

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Este, Alexia. "Modélisation de l’endommagement d’un composite 3D carbone/carbone : comportement à température ambiante." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0006/document.

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Abstract:

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
3D C/C composites are commonly employed in aerospace industry due to their outstandingmechanical properties at high temperatures. In order to ensure the integrity of structures,knowledge of the composite mechanical behaviour and fracture mechanisms is crucial.For this purpose, damage modeling of a 3D C/C composite, at room temperature, isproposed in which a meso-scale approach is considered. At this description scale, 3D C/Ccomposites are made of two materials : carbon fibers yarns and carbon matrix. Each materialbehavior is modeled by an elastic damage law (isotropic for matrix, orthotropic for yarns)with a limited number of parameters.The parameters identification process is based on experimentaldata obtained from previous work and from an experimental campaign carried outthrough this thesis work. This campaign aimed to a greater understanding of the materialmechanical behavior at mesoscopic scale. Furthermore, experimental tests were carried outto validate the composite modeling. It is shown that experimental reponses obtained fromfour-point and three-point bending tests are particularly well described from the proposedmesoscopic model

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Vasiukov, Dmytro. "Damage modeling of fibre reinforced polymer composite materials under cyclic loadings by a simplified approach." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10043.

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Abstract:

Ce travail de thèse présente le développement de modèles numériques pour la modélisation de l’endommagement des matériaux composites à fibres continues et matrice polymère. L’objectif est de fournir des outils numériques efficaces pour prédire l’endommagement sous chargement monotone et cyclique. Deux modèles ont été développés, un basé sur une approche multi-échelle d’homogénéisation et l’autre défini dans le cadre de la mécanique de l’endommagement. Ce dernier est utilisé dans une nouvelle approche pour prédire la durée de vie des matériaux composites. La première approche est une méthode multi-échelle afin d’étudier l’influence de l’endommagement à l’échelle microscopique sur le comportement macroscopique du composite. Le comportement macroscopique est déterminé par homogénéisation d’une cellule unitaire. L’approche est appliquée au cas d’un composite unidirectionnel afin d’étudier l’influence de l’endommagement de la matrice. Pour contourner les difficultés d’une approche multi-échelle, un modèle mésoscopique basé sur le couplage entre la plasticité et l’endommagement est proposé. Le modèle est validé et confronté à d’autres modèles ainsi qu’à des résultats expérimentaux. La dernière contribution est le développement d’une nouvelle approche pour la prédiction de la durée de vie des matériaux composites s’appuyant sur l’hypothèse que le matériau atteint un état stabilisé d’endommagement. Cette hypothèse permet d’utiliser l’analyse simplifiée pour prédire les états stabilisés. Le modèle de fatigue proposé est une loi puissance entre le nombre de cycles et les forces thermodynamiques associées à l’endommagement. L’approche est validée à partir de résultats expérimentaux
A numerical framework for the modeling of the damage in fibre reinforced polymer composite materials has been developped. The objectives were to provide efficient numerical tools to predict the damage under static and cyclic loading. Two different models were proposed, one based on a fully computational multi-scale homogenization technique and a second one under the hypothesis of the meso-mechanics associated with a coupled damage-plastic constitutive model. The latter has been used in a new approach developped to predict the life of composite structures. As a first approach, a multi-scale application has been developed to better understand the influence of the damages occuring at lower scales on the macroscopic response. The macroscopic is defined by homogenization of a unit cell. The scheme is used to analyze the effect of the matrix damage on the material response in the case of unidirectional composites. To overcome the difficulties of the multi-scale approach, a meso-scale phenomenological model based on the coupled plasticity with continuous damage mechanics is proposed. All comparisons of the simulation with experiments and other models have shown good agreements. The third contribution is the development of a new approach to predict the life of composite materials based on the assumption that the material reaches a damage stabilized state during his life. This assumption makes it possible to use the simplified analysis. The life of the material is considered depending on the level of the thermodynamical forces associated with damage at the stabilized state by the use of a power law. Good agreements are obtained with experimental results

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Maziz, Ammar. "Analyse des endommagements dans les pipes en matériaux composites." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0019.

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Abstract:

La modélisation de l'endommagement des matériaux composites hybrides a joué un rôle important dans la conception des structures composites. Bien que des modèles numériques pour l'endommagement progressif des pipes en matériaux composites hybrides à enroulement filamentaire, tels que la fissuration matricielle, le délaminage et la rupture des fibres, aient été développés dans la littérature, des améliorations sont encore nécessaires. Cette thèse vise à développer des modèles d'endommagement adaptés à la prédiction du comportement dynamique et l'endommagement intra-laminaire et inter-laminaire dans les tubes en matériaux composites hybrides sous une pression interne, et soumis à un chargement dynamique tel que l'impact d'un objet externe. Les approches de la mécanique de la rupture et de la mécanique de l’endommagement ont été adoptées pour construire le modèle de dommages. Une analyse détaillée a été réalisée pour avoir une vue d'ensemble de tous les mécanismes d'endommagement jusqu'à la rupture finale. Des éléments cohésifs ont été implémentés dans les modèles bidimensionnels et tridimensionnels pour simuler l'initiation et la propagation d’endommagement interlaminaire (délaminage) dans les stratifiés. Une subroutine a été implémentée dans le code de calcul FE (Abaqus/Explicit) via une VUMAT afin de modéliser l’endommagement intralaminaire. Par la suite, des validations basées sur des corrélations essai/calcul sur des sous-systèmes et/ou des pièces réelles ont été effectuées. L'initiation des dommages est prédite sur la base des critères de rupture contrainte-déformation, tandis que la loi d'évolution des dommages est basée sur la dissipation de l'énergie de rupture. Le comportement non linéaire du matériau en cisaillement a également été pris en compte et validé par rapport aux résultats expérimentaux. Les prédictions montrent un excellent accord avec les observations expérimentales
Damage modelling of hybrid composite materials has played an important role in the design of composite structures. Although numerical models for the progressive damage of filament wound hybrid composite pipes such, matrix cracking, delamination, and fiber failure have been developed in the literature; there is still a need for improvement. This thesis aims to develop damage models suitable for predicting dynamic behaviour and intra-laminar and inter-laminar damage in hybrid composite tubes under internal pressure subjected to dynamic loading such as the impact of an external object. Fracture mechanics and continuum damage mechanics approaches were adopted to build the damage model. A detailed analysis was performed to have an overview of all the damage mechanisms until the final failure. Cohesive elements were inserted into the two-dimensional and three-dimensional models to simulate the initiation and propagation of matrix cracking and delamination in cross-layered laminates. The damage model was implemented in the FE code (Abaqus/Explicit) by a user-defined material subroutine (VUMAT). Subsequently, validations based on test/calculation correlations on real subsystems and/or parts were performed. Damage initiation was predicted based on the stress-strain failure criteria, while the damage evolution law was based on the dissipation of failure energy. The nonlinear behavior of the material in shear was also taken into account and validated against experimental/numerical results. The predictions show excellent agreement with the experimental observations

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Lévêque, David. "Analyse de la tenue au délaminage des composites stratifiés : identification d'un modèle d'interface interlaminaire." Cachan, École normale supérieure, 1998. http://www.theses.fr/1998DENS0002.

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Abstract:

L'objet de ce travail est l'identification d'un modèle d'interface inter laminaire pour la prédiction du délaminage dans les structures composites stratifiées, sous chargement statique. Les applications concernent le matériau m55j/m18 (fibres de carbone a très haut module / résine époxyde) utilise dans les applications spatiales. Le modèle développe est base sur la mécanique de l'endommagement et la mésomodélisation des composites stratifies. Ce concept, propose par p. Ladeveze, permet de déterminer l'évolution des endommagements principaux dans toute structure jusqu'a sa rupture à partir de la connaissance du comportement des plis et des interfaces qui la constituent. Le modèle du pli élémentaire a été identifie pour le m55j/m18 en utilisant la méthodologie précédemment développée au LMT/Cachan. En vue de l'identification précise des caractéristiques de l'interface inter laminaire, une base matériau tres complète a été obtenue en exploitant les essais classiques d'initiation (edt) et de propagation (dcb, enf, mmf et cls) du délaminage. Ces essais ont été réalisés pour différentes valeurs de ( = 0, 22,5et 45), étant l'orientation relative des couches adjacentes a l'interface. Une estimation de l'énergie dissipée dans les plis des éprouvettes de propagation a permis de classifier les interfaces (=0) comme étant indépendantes de cet angle d'un point de vue énergétique. Cependant l'instabilité du phénomène d'amorçage et la complexité des essais de propagation rendent ces essais classiques difficiles à exploiter. Les essais sur plaques trouées pour lesquels l'amorçage du délaminage est reproductible et sa propagation autour du trou relativement stable semblent à cet égard plus fiables. De plus, ce type d'essais offre des informations expérimentales relativement riches telles que formes et tailles des surfaces délaminées. Une première comparaison essais/calculs montre le potentiel de tels essais pour une identification globale du modèle d'interface.

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Patamaprohm, Baramee. "Conception et durabilité de réservoirs en composites destinés au stockage de l’hydrogène." Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0021/document.

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Abstract:

A l'heure actuelle le stockage de l'hydrogène sous forme gazeuse, comprimée à haute pression, apparaît comme la solution le plus mature présentant le meilleur compromis en termes de masse, de pression de service mais aussi de volume des réservoirs. Cependant pour un développement plus large et sécurisé, l'amélioration des performances et la réduction des coûts des réservoirs restent des enjeux prioritaires. C'est dans ce contexte que nous avons étudié le stockage de l'hydrogène dans des réservoirs de type IV, en composites fibres de carbone/époxy. Ce travail a eu pour objectif d'accroitre la fiabilité du dimensionnement. Dans un premier temps, une étude expérimentale de caractérisation des matériaux constitutifs du réservoir a été réalisée. Pour améliorer la fiabilité des calculs, un modèle probabiliste a été proposé pour décrire le comportement de la partie composite du réservoir, principalement la rupture des fibres. Des calculs multiéchelles ont été mis en place basés sur les propriétés mécaniques et physiques des fibres. Les autres modes de dégradations, décollement entre plis, liaison embase-liner ont aussi été pris en compte dans les calculs de comportement du réservoir jusqu'à son éclatement. Enfin des recommandations de dimensionnement du réservoir ont été proposées afin d'améliorer les performances tout en minimisant la masse de composite dans un objectif de réduction des coûts
Presently, the compressed hydrogen storage under high pressure appears to be the most sophisticated solution regarding to a compromise of mass, service pressure and also volume of pressure vessels. However, the challenges of pressure vessels nowadays are their performance improvement as well as their cost reduction. In this context, we studied the type IV hydrogen storage pressure vessel in carbon fibre/epoxy composites. This work aims to obtain a reliable pressure vessel design. Firstly, an experimental study of associated materials and pressure vessel characterisation has been carried out. Then, we proposed a probabilistic model for a composite which is dedicated in particular to fibre breakage using multi-scale simulations in accordance with its mechanical and physical properties. Once this model joined with damage criteria dedicated separately to the others damage mechanisms are integrated into the pressure vessel simulations. Finally, recommendations on composite pressure vessels have been proposed in order to improve their performances and to decrease the mass of composite directly corresponding to the reduction of composite pressure vessels cost

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Gillard, Adrien. "Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique d'un composite 3D carbone/carbone : étude du comportement aux interfaces à haute température." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0021/document.

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Abstract:

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
C/C composites are used as shield for aerospace applications since they display beneficial thermo-mechanical properties at high temperature, as well as high resistance to ablation. Though the macro-scale behavior was thoroughly studied in the past, no model can efficiently tie the properties of the constituents at the meso-scale to the effective macroscopic behavior. In addition, the phenomenological models proposed so far cannot predict a change in the composition. Besides, the interfaces influence on the out-of-axis mechanical behavior of the composite is yet to be evaluated. Thus, the goal of this work is to build a multi-scale model for the thermo-mechanical behavior of a 3D C/C, with a particular focus on the interfacial properties and its evolution with temperature. This study is based on the morphological and thermo-mechanical characterization of the material and its constituents. An original push-out test device has been developed to conduct high-temperature interfacial characterization at two scales (yarn/yarn and fiber/matrix interfaces). Collected experimental data were used for modeling purposes at the meso-scale. A cohesive zone model has been developed to take into account the specific behavior of the interfaces. Finite element simulations were successfully performed to reproduce the non-linear behavior of the material including the effective properties evolution with temperature. This model allowed to effectively link the damage mechanisms observed atthe lower scale to the 3D C/C macro-scale behavior

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Benzarti, Karim. "Micro- et méso-structures de composites unidirectionnels verre-époxyde à interfaces modèles : modélisation du comportement viscoélastique linéaire et mécanismes d'endommagement." Lyon 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LYO10176.

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Abstract:

Le comportement mecanique des systemes heterophases est gouverne par les caracteristiques de chacun des constituants, mais egalement par la synergie comportementale entre phases et par les modifications microstructurales de la matrice polymere liees a la presence des renforts. Dans cette etude, une approche micromecanique originale est proposee afin de separer les contributions respectives de la morphologie, des effets d'interface et des modifications microstructurales de la matrice, au comportement macroscopique de composites ud verre/epoxyde a interfaces modeles (matrice dgeba/anhydride mthpa renforcee par des fibres brutes ou ensimees par un agent silicone ou aminosilane). Une analyse morphologique quantitative de ces composites elabores par enroulement filamentaire a permis de quantifier, a taux de renfort croissant, l'evolution progressive de la morphologie 2d depuis une architecture constituee de meches isolees dans la matrice vers une structure a fibres aleatoirement reparties. Selon la nature de l'ensimage, cette analyse a egalement revele des variations de la repartition des fibres aux echelles meso et microscopiques. La prediction du seul effet de renforcement s'appuie sur un modele auto-coherent a 4 phases assorti du concept de percolation et necessite la definition d'un motif morphologique representatif de la structure heterogene des composites ud. Apres separation du comportement micromecanique des phases, le comportement viscoelastique de la matrice epoxyde extraite a ete decrit au moyen d'un modele physique de deformation des polymeres amorphes, ce qui a permis de reveler un etat de sous reticulation du reseau dgeba/anhydride dans les composites. L'etude du comportement a la rupture des composites modeles (choc ou fatigue en flexion 3 points) a revele le role primordial joue par la qualite de l'adhesion interfaciale sur les mecanismes d'endommagement.

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Ando, Kohei. "Modélisation théorique de l'endommagement des matériaux composites et application de l'effet de l'endommagement à la rupture et à l'optimisation." Compiègne, 1987. http://www.theses.fr/1987COMPD072.

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Abdullah, Elie. "Développement d'un élément fini pour la modélisation du délaminage dans les structures composites." Toulouse, ENSAE, 2005. http://www.theses.fr/2005ESAE0033.

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Abstract:

Cette étude s’intéresse à la modélisation du délaminage dans les structures composites. La nouvelle approche présentée consiste à utiliser un nouvel élément volume multicouche capable de se transformer en deux plaques physiquement indépendantes. Cet élément ﬁni à 8 nœuds est généré à partir d’un élément hexaédrique à 20 nœuds et 60 ddl. Il possède 6 ddl par nœud dont 3 degrés de translation et 3 de rotation. Il est de ce fait capable d’être relié à des éléments de plaques. Une méthode de modélisation de la propagation du délaminage dans l'élément est proposée. Il s’agit de gérer la transformation de l’état volume à l’état bi-plaque en dégradant les propriétés transverses du volume d’une part et, en transférant la rigidité de membrane aux plaques d’autre part. Cette transformation se fait d’une façon progressive à l’aide de lois d'endommagement et de transfert développées dans cette étude. Un critère de propagation de délaminage en mode I est déﬁni afin de piloter cette transformation. Il est basé sur les théories des poutres et des plaques ainsi que sur la mécanique de la rupture. Des applications numériques de propagation de délaminage en mode I permettent de valider l'approche proposée dans cette étude et montre la faisabilité de la modélisation de la propagation de ﬁssure dans une direction arbitraire dans le plan. Cet élément a été implanté dans le code de calcul RADIOSS à l’aide des fenêtres utilisateurs proposées par ce logiciel.

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Rivallant, Samuel. "Modélisation à l'impact de pales d'hélicoptères." Toulouse, ENSAE, 2003. http://www.theses.fr/2003ESAE0018.

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Abstract:

Cette étude est une contribution à la modélisation de l'impact sur structures composites complexes appliquée aux pales d'hélicoptère. Une étude expérimentale du comportement des matériaux constituant une pale est réalisée. Des tests de compression aux barres de Hopkinson permettent de déterminer le comportement dynamique des matériaux composites : fortes vitesses de déformation, étude de la micro-ﬁssuration initiale du matériau et du comportement des plis à +/-45° au sein des stratifiés. Parallèlement, la mousse constituant l'âme des pales est caractérisée en statique et en dynamique. Le décollement de peaux sur mousse est également étudié. Un modèle numérique 2D est proposé. L'initiation du décollement est pilotée par un critère double : limite à rupture de la mousse et critère de flambage local de la peau. Pour cela, un modèle de ﬂambage local statique est développé, ainsi qu'un second modèle qui permet de tenir compte des phénomènes de flambage dynamique par analogie avec la réponse de modèles mécaniques de type masses-ressorts-amortisseurs. La propagation du décollement s'effectue par endommagement d'une couche d'éléments sous la peau. Elle s'appuie sur la mécanique de l'endommagement (Ladevèze) avec une approche globale. Le modèle est validé par des essais d'impact sur éprouvettes.

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Potet, Pierre. "Contribution de la vibrothermographie à la détection et à la caractérisation de l'endommagement dans les matériaux composites." Compiègne, 1988. http://www.theses.fr/1988COMPD110.

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Abstract:

La modélisation des phénomènes thermophysiques mis en place lors d'essais de vibrothermographie a été effectuée. Le modèle théorique proposé est valable dans le cadre de l'approximation des plaques minces orthotropes, et permet, à partir de la mesure d'un champ de température issu d'un essai de vibrothermographie, de remonter à la cartographie du champ de courses de chaleur initial. Les essais effectués ont porté principalement sur des échantillons de matériaux composites endommagés par impact de choc. Les cartographies de sources de chaleur obtenues sur ces échantillons ont été composées avec des résultats d'essais de contrôle non destructif (CND), effectués par des techniques éprouvées, telles que les ultrasons, la tomodensitométrie et la radiographie. Les résultats obtenus montrent clairement le fort potentiel de cette technique pour la détection et la caractérisation des endommagements dans les matériaux composites
A modelisation of the heat transfer phenomenas occurring during vibrothermographic experiments was carried out. The theoretical model can be used in the case of a thin orthotropic plate. It permits the determination of the heat source field from a measured temperature field. The experimental study was made with impacted damaged specimens. The results obtained from vibrothermographic experiments were compared with those obtained from standard NDT tests, such as ultrasonics, radiography and tomodensitometry. The results clearly show the high potential of this technique for the detection and characterisation of damage in composite materials

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Benmedakhene, Salim. "Étude phénoménologique du comportement à l'impact des matériaux composites." Compiègne, 1996. http://www.theses.fr/1996COMPD918.

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Abstract:

Dans cette étude, l'analyse du comportement a l'impact et la modélisation du comportement endommageable impliquent la connaissance des mécanismes mis en jeu dans le transfert de l'énergie. Une modélisation de l'endommagement basée sur un bilan énergétique semble adéquate pour décrire l'impact à basse vitesse. En d'autres termes, un schéma d'évolution de l'endommagement est recherche par l'intermédiaire de variables susceptibles de permettre le calcul de l'énergie absorbée. Cette approche globale permet, à partir d'hypothèses simplificatrices, d'obtenir des résultats assez proches de l'expérience. L'étude du comportement résiduel a mis en évidence l'interaction des endommagements et des ruptures dans les matériaux avec le type de sollicitations résiduelles. Les résultats des essais post-impact choc Charpy et poids tombant sont en parfaite corrélation. En effet, à partir du moment ou l'endommagement se situe dans une structure de géométrie finie, la zone endommagée contrôle directement le comportement de cette structure. Ceci est schématisé par une loi qui repose sur le fait que la résistance d'une chaîne est gouvernée par celle de son maillon le plus faible.

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Zaïri, Fahmi. "Contribution à l'étude de la déformation et de l'endommagement des polymères vitreux homogènes et à renforts caoutchoutiques." Lille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004LIL10127.

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Abstract:

Ce travail constitue une contribution visant à décrire le comportement non-linéaire et l'endommagement des polymères vitreux homogènes et renforcés par l'adjonction de particules d'élastomère sphériques. Pour caractériser le comportement fortement non-linéaire des polymères vitreux, un modèle viscoplastique à variables internes a été développé et implémenté dans un code de calcul par éléments finis. Le modèle viscoplastique développé a été ensuite couplé à différentes formulations micromécaniques pour caractériser le comportement cohésif ou à l'endommagement de mélanges de polymères. Les résultats des simulations numériques ont été ensuite validés expérimentalement par comparaison avec les données expérimentales obtenues sur différents polymères vitreux typiques. Par ailleurs, l'activation des mécanismes de déformation a également fait l'objet d'une attention particulière.

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Bai, Ruqing. "Numerical modeling of isotropic and composites structures using a shell-based peridynamic method." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2482.

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Abstract:

Le travail de thèse porte sur de nouveaux compléments et améliorations pour la théorie de la péridynamique concernant la modélisation numérique de structures minces telles que les poutres et les plaques, les composites isotropes et multicouches soumis à un chargement dynamique. Nos développements ont principalement porté sur l'exploration des possibilités offertes par la méthode péridynamique, largement appliquée dans divers domaines de l'ingénierie où des discontinuités fortes ou faibles peuvent se produire, telles que des fissures. La procédure de généralisation de la méthode Peridynamics pour la modélisation des structures de poutres de Timoshenko et des structures de plaques de Reissner-Mindlin avec une large plage de rapport épaisseur sur longueur allant de structures épaisses à très minces est indiquée. Et un impact avec une faible vitesse simplifié basé sur le modèle péridynamique développé pour la poutre de Timoshenko et la plaque de Reissner-Mindlin a été proposé en utilisant une procédure de contact spécifique pour l'estimation « naturelle » de la charge d'impact. L’originalité de la méthode actuelle réside dans l’introduction avec deux techniques permettant de réduire le problème de blocage par cisaillement qui se pose dans les structures à poutres et à plaques minces, à savoir la méthode d’intégration réduite (ou sélective) et la formulation mixte. Le modèle péridynamique résultant pour les structures de poutre de Timoshenko et les structures de plaque de Reissner-Mindlin est efficace et ne souffre d'aucun phénomène de verrouillage par cisaillement. En outre, la procédure de généralisation de la méthode péridynamique pour la modélisation de structures composites minces renforcées par des fibres est introduite. L’approche péridynamique pour la modélisation d’une couche est d’abord validée en quasi-statique, ce qui inclut des problèmes de prévision de la propagation de fissures soumis à des conditions de chargement mécaniques. La méthode péridynamique a ensuite été étendue à l’analyse de structures composites minces renforcées par des fibres utilisant la théorie fondamentale d’une couche. Enfin, plusieurs applications impliquant des structures composites minces renforcées par des fibres et des résultats numériques ont été validées par comparaison à la solution FEM obtenue à l'aide d'un logiciel commercial ou à des solutions de référence de la littérature. Dans toutes les applications, Péridynamics montre que les résultats correspondent parfaitement aux solutions de référence, ce qui prouve son potentiel d’efficacité, en particulier pour la simulation de chemins de fissures dans les structures isotropes et composites
This thesis introduces some new complements and improvments for the Bond-Based Peridynamics theory concerning the numerical modeling of thin structures such as beams and plates, isotropic and multilayer composites subjected to dynamic loading. Our developments have been focused mainly on exploring the possibilities offered by the Peridynamic method, which has been widely applied in various engineering domains where strong or weak discontinuities may occur such as cracks or heterogeneous media. The generalization procedure of the Peridynamics method for the modeling of Timoshenko beam structures and Reissner-Mindlin plate structures respectively with a wide range of thickness to length ratio starting from thick structures to very thin structures is given. And A simplified low velocity impact based on the developed Peridynamic model for Timoshenko beam and ReissnerMindlin plate has been proposed by using a specific contact procedure for the estimation of the impact load. The originality of the present method was the introduction for the first time of two techniques for the alleviation of the shear locking problem which arises in thin beam and plate structures, namely the reduced (or selective) integration method and mixed formulation. The resulting Peridynamic model for Timoshenko beam structures and Reissner-Mindlin plate structures is efficient and does not suffer from any shear locking phenomenon. Besides, the generalization procedure of Peridynamic method for the modeling of fiber-reinforced thin composite structures is introduced. The Peridynamic approach for the modeling of a lamina is firstly validated in the quasi-statics including a crack propagation prediction problems subjected to mechanical loading conditions and then the Peridynamic method was further extended to analyze fiber-reinforced thin composite structures using the fundamental lamina theory. Finally, several applications involving fiber-reinforced thin composite structures and numerical results were validated by comparison to the FEM solution obtained using commercial software or to reference solutions from the literature. In all applications, the Peridynamics shows that results are matching perfectly the reference solutions, which proves its efficiency potentiality especially for crack paths simulation in isotropic and composite structures

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Scida, Daniel. "Étude et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renforts tisses hybrides et non hybrides." Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1168.

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Abstract:

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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Gruescu, Ion Cosmin. "Approche par changement d'échelle de l'endommagement des matériaux anisotropes : application aux composites à matrice fragile." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2004/50376-2004-229-230.pdf.

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Abstract:

La microfissuration matricielle constitue (avec les phénomènes de décohésion à l'interface fibre -matrice) un des principaux mécanismes de déformation à l'origine du comportement mécanique non linéaire des Composites à Matrice Céramique (CMC). Sa prise en compte dans le cadre d'une modélisation purement macroscopique présente encore de nombreuses difficultés qui sont diversement abordées dans la littérature. On soulignera notamment la difficulté à rendre compte de l'interaction entre l'anisotropie initiale de cette classe de matériaux et l'anisotropie induite par la microfissuration. L'étude du comportement élastique endommageable des CMC est essentiellement abordée ici dans le cadre des méthodes de changement d'échelle d'espace. On présente d'abord une modélisation plane de l'endommagement anisotrope de composites orthotropes visant à rendre compte non seulement de l'interaction entre anisotropies, mais également des effets unilatéraux liés à la fermeture progressive des microfissures. La méthode proposée est une extension aux milieux anisotropes fissurés d'un travail classique d'Andrieux, Marigo et Bamberger (1986). Cette modélisation est validée par confrontation aux données expérimentales de la littérature portant sur un SiC-SiC unidirectionnel
Dans le cadre des techniques d'homogénéisation basées sur l'utilisation des tenseurs d'Eshelby, on propose ensuite une approche tridimensionnelle des milieux orthotropes contenant des fissures ouvertes modélisées par des cylindres infinis. Les résultats obtenus (tenseur d'Eshelby, tenseur de Hill) sont entièrement nouveaux, notamment dans le cas de fissures arbitrairement orientées par rapport aux axes d'orthotropie. Ils mettent clairement en évidence l'interaction entre l'orientation de la microfissuration et l'orthotropie initiale du matériau. Le dernier volet de l'étude est dédié à la modélisation tridimensionnelle de l'endommagement dans les composites à symétrie orthotrope de révolution, affaiblis par des fissures de forme circulaire ("penny-shaped cracks"). En raison de la difficulté particulière à aborder ce problème 3D dans le cadre des méthodes d'homogénéisation, on propose une approche mixte originale combinant les théorèmes de représentation et des résultats issus de la micromécanique. Les bonnes capacités prédictives du modèle macroscopique d'endommagement ainsi élaboré, de même que les comparaisons avec des données expérimentales, permettent de valider la démarche développée

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Nehme, Samer. "Contribution à l'approche numérique multi-échelles pour la modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renfort interlock." Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1952.

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Abstract:

Les tisseurs « interlock 2. 5D » appartiennent à la famille des composites tridimensionnels. Ils apparaissent pour les applications avancées (aéronautiques, spatial, automobile,…) à cause de leurs avantages sur les tisseurs bidimensionnels, surtout en ce qui concerne les bonnes propriétés mécaniques dans la troisième direction (Z). La modélisation des propriétés mécaniques de ce type de composites peut être faite à l’aide de modèles numériques ou analytiques. L’évaluation des propriétés mécaniques par une étude expérimentale donne des résultats plus précis en comparant avec ceux obtenus par les modèles numériques, or le cout important consommé des machines et les échantillons réels des matériaux utilisés, impose la recherche d’une méthode numérique fiable. Partant de ce constat, une nouvelle méthodologie de construction du maillage du volume élémentaire représentatif ‘VER’ est proposée. La technique consiste à mailler en tétraèdres la matrice (de comportement isotrope) et en hexaèdres les mèches (de comportement isotrope transverse). Afin de réaliser la discrétisation, un modèle géométrique est développé à partir de mesures prises par photomicrographie sur un matériau fourni par une société aéronautique. Le logiciel industriel «Ansys Academic Associate» est utilisé pour résoudre le problème. Des délaminages possibles sont pris en compte grâce à des interfaces de contact. Les rigidités, dépendantes de ces endommagements possibles, sont déterminées dans les trois directions et sont comparées avec les résultats expérimentaux (suivant la direction de trame Y pour le Tisseur4-69) et un modèle analytique. Au-delà des résultats satisfaisants pour le comportement élastique (en accord avec les résultats expérimentaux), le domaine endommagé par un délaminage apparaît correctement décrit, en ayant recours à une approche cohésive privilégiant les concepts de la Mécanique Linéaire Elastique de la Rupture, associés aux sollicitations des Modes I et II
2. 5D interlocks are particular reinforcements of aeronautic composite materials that are believed to have a high structural potential. This kind of reinforcement entails to consider the composite as a structure because interlocks are built by crossing the warp tows with the weft tows in the three directions. To evaluate the mechanical behavior, one may obtain numerically the anisotropic elastic engineering constant from a finite elements model. This technique of virtual testing consists to model the composite at it’s the meso-scale to obtain a macro-scale response with a stress-displacement analysis. We thus propose a new meshing methodology to build an elementary volume made of tetrahedral for the isotropic matrix and of mapped hexahedral for the transversely isotropic yarns. In order to achieve the finite element discretization, a geometrical model is developed from measurements taken from photomicrographs of an interlock composite. The industrial sofware package « Ansys Academic Associate » is used to solve the problem with contact element, local orientation of the anisotropy in yarns and computation of nine macroscopic orthotropic engineering constants. The numerical results are compared to experimental data and an analytical model. The finite element model shows a good agreement with our previous work. Beyond satisfying results for the elastic behaviour, the delamination is correctly described using a cohesive approach focusing on the concepts of linear elastic fracture stresses, associated with Mode I and mode II

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Belayachi, Naïma. "Analyse du comportement des polymères chocs avec la prise en compte de l'endommagement par cavitation." Lille 1, 2006. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/a8de7da2-1bb0-4eac-b442-26c071600c07.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est la prédiction du comportement mécamque macroscopique d'un matériau composite polymère en prenant en compte les propriétés de sa microstructure. Une des manières les plus fiables pour obtenir une relation quantitative entre différentes échelles est l'utilisation des méthodes d'homogénéisation. Une méthode numérique d'homogénéisation périodique a été adoptée pour modéliser le comportement mécanique des polymères chocs en grandes déformations. Pour adapter aux grandes déformations le comportement visqueux des matériaux tels que les polymères une description hyperélastoviscoplastique a été developpée. Nous avons choisi un modèle viscoplastique (Perzyna) pour rendre compte du comportement de la matrice amorphe que nous avons couplé à un modèle hyperélastique pour décrire le comportement de l'élastomère. Le matériau étudié est composé d'une matrice de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) fragile renforcé au choc par des particules d'élastomère de polybutadiène et un matériau modèle pour les objectifs de notre travail. L'endommagement par cavitation dans la phase caoutchoutique est un phénomène observé dans de nombreux type de composites multiphases, et que l'on relie à de bonnes propriétés au choc du matériau. Dans une première partie, on s'intéresse au comportement du composite sans endommagement en compression uniaxiale. L'aptitude du modèle constitutif ainsi que la méthode d'homogénéisation à appréhender l'influence de certains paramètres à savoir la fraction volumique des particules, la température et la vitesse de défonnation a été mise en évidence en comparant les résultats numériques et expérimentaux. Nous avons étudié par la suite le comportement du composite en prenant en compte la cavitation en traction uniaxiale pour différentes vitesses de déformations. L'apparition de la cavité et son influence sur le comportement global du matériau a été réalisé en couplant le modèle hyperélastoviscoplastique à trois critère de germination de vide de la littérature basés généralement sur la pression hydrostatique dans la particule d'élastomère (Gent, Fond, et Hou & Abeyratne). L'approche numérique utilisée dans ce travail a prouvé son efficacité, et sa pertinence pour la prédiction du comportement macroscopique avec des mécanismes microstructuraux assez complexes.

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Bouchart, Vanessa. "Étude expérimentale et modélisation micromécanique du comportement et de l'endommagement des élastomères renforcés." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-Bouchart.pdf.

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Abstract:

Les élastomères renforcés ou plus généralement les composites à matrice élastomérique sont largement utilisés dans divers domaines industriels. La maîtrise du comportement de cette classe de matériaux repose sur une bonne compréhension des mécanismes de déformations en jeu ainsi que des relations microstructure-comportement mécanique macroscopique. De plus, il est nécessaire de développer des modélisations adéquates du comportement qui traduisent le lien avec la microstructure hétérogène. Un moyen efficace de répondre à cette demande est de mettre en œuvre des méthodes d'homogénéisation non linéaire permettant la détermination des réponses macroscopiques des composites hyperélastiques soumis à de grandes déformations. L'objectif de ce travail de thèse est de prédire le comportement non linéaire et l'endommagement des composites hyperélastiques à microstructure aléatoire. On présente d'abord l'approche d'homogénéisation du second ordre retenue pour cette étude et on décrit les algorithmes développés pour mise en œuvre de cette approche dans un contexte 3D. Afin de fournir une évaluation rigoureuse de la méthode d'homogénéisation non linéaire et de sa mise en œuvre, on procède à des comparaisons de ses prédictions, d'abord avec des simulations éléments finis puis avec des données d'expériences réalisées sur un composite EPDM/PP dans le cadre de la thèse. Cette dernière confrontation a motivé la nécessité d'incorporer des mécanismes d'endommagement dans la loi de comportement micro-macro proposée. Une validation du modèle complet permet d'en illustrer les capacités prédictives pour l'EPDM/PP.

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Rukavina, Tea. "Multi-scale damage model of fiber-reinforced concrete with parameter identification." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2460/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, plusieurs approches de modélisation de composites renforcés par des fibres sont proposées. Le matériau étudié est le béton fibré, et dans ce modèle, on tient compte de l’influence de trois constituants : le béton, les fibres, et la liaison entre eux. Le comportement du béton est analysé avec un modèle d’endommagement, les fibres d'acier sont considérées comme élastiques linéaires, et le comportement sur l'interface est décrit avec une loi de glissement avec l’extraction complète de la fibre. Une approche multi-échelle pour coupler tous les constituants est proposée, dans laquelle le calcul à l'échelle macro est effectué en utilisant la procédure de solution operator-split. Cette approche partitionnée divise le calcul en deux phases, globale et locale, dans lesquelles différents mécanismes de rupture sont traités séparément, ce qui est conforme au comportement du composite observé expérimentalement. L'identification des paramètres est effectuée en minimisant l'erreur entre les valeurs calculées et mesurées. Les modèles proposés sont validés par des exemples numériques
In this thesis, several approaches for modeling fiber-reinforced composites are proposed. The material under consideration is fiber-reinforced concrete, which is composed of a few constituents: concrete, short steel fibers, and the interface between them. The behavior of concrete is described by a damage model with localized failure, fibers are taken to be linear elastic, and the behavior of the interface is modeled with a bond-slip pull-out law. A multi-scale approach for coupling all the constituents is proposed, where the macro-scale computation is carried out using the operator-split solution procedure. This partitioned approach divides the computation in two phases, global and local, where different failure mechanisms are treated separately, which is in accordance with the experimentally observed composite behavior. An inverse model for fiber-reinforced concrete is presented, where the stochastic caracterization of the fibers is known from their distribution inside the domain. Parameter identification is performed by minimizing the error between the computed and measured values. The proposed models are validated through numerical examples

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Pineau, Pierre. "Essais virtuels et modèle statistique de multifissuration transverse des fils dans les composites tissés à matrice céramique." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14208/document.

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Abstract:

Ce travail concerne l’étude et la modélisation du phénomène de multifissuration transversedes fils dans les CMC tissés. Sa connaissance est fondamentale pour déterminer soneffet sur les champs de contraintes, la progression des endommagements et la durée de viedu matériau.À partir d’observations sur des coupes de CMC, des matériaux virtuels sont développéset des essais virtuels réalisés. Différentes séquences de fissuration transverse sont simuléessur diverses microstructures de CMC. Ces simulations se substituent à des observations expérimentalesimpossibles à réaliser.Un modèle statistique de multifissuration est développé sur la base du principe dumaillon faible appliqué à une distribution ponctuelle de Poisson. Les singularités micostructurellessont représentées par des défauts dans un milieu homogène équivalent (MHE).Les modifications des fonctions de distribution au cours de la multifissuration sont modélisées.Le modèle statistique permet de réaliser un changement d’échelle à la suite duquel lamultifissuration transverse est simulée dans le MHE avec une réduction des temps de calculde l’ordre de 90%
This work deals with the study and modeling of multiple crakcing of tows in wovenCMCs. Its understanding is fundamental to determine the effect on stress fields, the evolutionof damage and the lifetime of material.From observations on real CMC pieces, virtual materials are developed and multiplecracking virtual testing is achieved. Different scenarii are simulated on various CMC microstructures.These simulations are a substitute for impossible experimental observations.A statistical model for multiple cracking based on the weakest link principle applied to adistribution of Poisson is developed. Micostructural singularities are represented by defectsin a homogeneous medium equivalent (EHM). Modifications of distribution functions duringthe multicracking are modeled.The statistical model realizes a scale changing : transverse multicracking is simulated inthe EHM with a reduction of almost 90% for computational time

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Dubé, Jean-François. "Modélisation simplifiée et comportement visco-endomageable des structures en béton : applications aux séismes et aux choc des ouvrages en béton armé." Cachan, Ecole normale supérieure, 1994. http://www.theses.fr/1994DENS0021.

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Abstract:

Les développements récents des moyens informatiques permettent d'appréhender le calcul des structures sous chargement complexes en utilisant des modèles de comportements réalistes. Malgré tout les calculs e. F. Classiques, utiles pour la vérification des ouvrages, sont encore lourds à manipuler et ne répondent pas toujours aux exigences de la conception. Dans ce contexte le travail réalisé porte sur l'étude d'une modélisation simplifiée du calcul des structures en béton arme. Les bases de cet outil sont: une description éléments finis multicouche de la structure, un modèle d'endommagement a caractère unilatéral, l'introduction des distorsions liées au cisaillement. Cette modélisation est développée dans le cadre du programme expérimental CASSBA ce qui permet d'apprécier son champ d'application pour le calcul dynamique des bâtiments. Enfin la réponse aux chocs des ouvrages est abordée par l'élaboration et l'implantation d'un modèle de comportement visco-endommageable de conception classique. L'utilité d'un tel modèle est montrée pour la modélisation de l'influence de la vitesse de chargement sur le comportement du matériau ainsi que pour le caractère stabilisant sur réponse numérique des calculs de structures soumises a un choc

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Seisson, Gabriel. "Etude expérimentale et théorique de l'endommagement du graphite sous sollicitation dynamique - Application aux impacts hypervéloces." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2014. http://www.theses.fr/2014ESMA0015/document.

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Abstract:

Les matériaux composites sont très utilisés dans diverses applications et sont parfoissoumis à des impacts hypervéloces (IHV), notamment dans le domaine spatial. La taille des impacteursétant proche de celle des torons de fibres, les simulations mésoscopiques ont tout leurintérêt mais nécessitent des modèles numériques aboutis pour chaque sous-Constituant. Le graphiteétant souvent utilisé comme matrice ou fibres, nous avons étudié son comportement dynamique.Ainsi, des expériences de pénétration et de cratérisation ont été menées sur un isographite poreux.L’analyse post-Mortem des cibles, associée à des calculs d’ordre de grandeur, apporte un éclairagenouveau sur la phénoménologie des impacts et fournit des renseignements utiles à la simulationnumérique. Un modèle pour matériaux poreux et fragiles, implémenté dans un code de dynamiquerapide, est utilisé. Basé en partie sur des propriétés statiques, il a été progressivement testé sur deschocs plans. Son utilisation pour la simulation des IHV donne de bons résultats. Toutefois, il convenaitde le valider en s’affranchissant du comportement du projectile. Pour cela, une campagne dechocs lasers a été menée. Des diagnostics in-Situ ont été utilisés et leur corrélation avec des analysespost-Mortem a permis l’identification de différents modes d’endommagement des cibles. Finalement,bien que l’équivalence entre IHV et chocs lasers ne soit pas démontrée, ces derniers se sont montréscomplémentaires en suggérant de futures évolutions du modèle numérique
Composite materials are widely used in various applications and may be submittedto hypervelocity impacts (HVI), such as in the aerospace field. The size of the impactors beingclose to that of a strand of fibers, mesoscopic simulations are of great interest but they need reliablenumerical models for each meso-Constituent. Graphite often being used as fiber or matrix,we studied its dynamic behavior. Penetration and craterization experiments have been conductedonto porous isotropic graphite. Post-Mortem analysis of targets, associated to order-Of-Magnitudecalculations, sheds a new light on the phenomenology of impacts and brings useful informationfor numerical simulation. A model for porous and brittle materials, implemented into a hydrocode,is used. Partially based on static mechanical properties, it has been progressively tested on planeshocks. Its use for simulating HVI gives satisfying results. Nevertheless, it was necessary to validateit by disregarding the projectile behavior. In that purpose, a campaign of laser-Driven shocks hasbeen conducted. In-Situ diagnostics have been simultaneously used and their correlation with postmortemanalysis allowed the identification of different damaging regimes of the targets. Finally,although the equivalence between HVI and laser-Driven shocks is not proved, the latter turned outto be complementary, suggesting the future evolutions of the numerical model

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Benelfellah, Abdelkibir. "Contribution à la modélisation de l'anisotropie induite par endommagement d'un matériau agrégataire énergétique." Thesis, Tours, 2013. http://www.theses.fr/2013TOUR4018/document.

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Abstract:

Le matériau composite agrégataire énergétique étudié a un comportement viscoélastique endommageable sensible à la pression de confinement et à la température. Ces travaux concernent la modélisation de l'anisotropie induite par endommagement avec deux objectifs principaux. Dans un premier temps, le caractère anisotrope de l'endommagement est mis en évidence expérimentalement. Des essais alternant tension et compression permettant d'observer l'effet unilatéral d'endommagement. Ensuite, un modèle de comportement est développé pour le matériau d'étude. Des modèles pertinents sont tout d'abord comparés. Le modèle le plus approprié est ensuite amélioré par l'ajout de mécanismes d'endommagement, d'effectivité du dommage et d'un mécanisme de plasticité. Les données expérimentales sont utilisées pour identifier les paramètres du modèle. Ce dernier a été ensuite implémenté dans un logiciel de calcul aux éléments finis (Abaqus / standard) sous la forme d'une procédure Fortran (UMAT). Différents types de chargements sont simulés et confrontés aux résultats expérimentaux
An explosive aggregate material exhibits a visco-elastic behaviour with damage, internal friction and sensitivity to the confining pressure and temperature. This thesis focuses on the anisotropic elastic damage with unilateral effect. The first aim of this study is to highlight experimentally the anisotropic nature of the damage. Then, a new model is proposed for the studied material. This is achieved using a comparison of some relevant models in order to select the most appropriate among them. The selected model is then improved by adding unilateral effect mechanisms and plasticity. Experimental data is used to characterize the material behaviour and to determine the parameters of improved model. This model has been implemented in the finite element software (Abaqus / Standard) using Fortran procedure (UMAT) and then tested for different loads and compared with experimental results

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Destouesse, Villa Jaime. "Caractérisation et modélisation des joints de colles sous sollicitations bi-axiales statiques." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2018. http://www.theses.fr/2018ENTA0008/document.

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Abstract:

Le collage structural se présente comme une alternative intéressante aux méthodes classiques d'assemblages par ajout d’éléments mécaniques pour alléger les structures aéronautiques. Cependant, l'utilisation de cette méthode soulève de nombreuses questions en termes de conception, caractérisation ou modélisation. Ce travail, à fort caractère expérimental, visent deux grands objectifs : (i) sélectionner les moyens d'instrumentation les plus adaptés pour la caractérisation du comportement jusqu'à rupture des assemblages collés et (ii) prédire le comportement des assemblages collés à partir d'une caractérisation et d'une modélisation complète sous chargements quasi-statiques bi-axiaux, en utilisant un type d’essai simple et industrialisable. Dans un premier temps, pour atteindre ces objectifs, un nouvel essai appelé Scarf modifié a été proposé, afin de caractériser le comportement mécanique du joint de colle, en minimisant les effets de bord par la présence de becs. La deuxième partie de la thèse porte sur le développement d'une stratégie de caractérisation simplifiée du comportement de joint de colle, sous certaines hypothèses (états de contraintes/déformations, continuité du champ de contraintes). Cette stratégie a permis d'obtenir le comportement intrinsèque de l’adhésif sous la forme de courbes contraintes/déformations. La dernière partie abordée dans ces travaux, s'intéresse quant à elle à l'identification et la sélection des moyens de métrologie les plus appropriés, pour accompagner la caractérisation expérimentale
Today, structural bonding presents an interesting alternative to conventional methods of assembly, in order to reduce the weight within aeronautical structures. However, the use of this method raises many questions in terms of design, characterization or modeling. This work presents a robust experimental work, aiming two main objectives: (i) select the most suitable instrumentation for the characterization of the behavior of bonded joints up to failure and (ii) predict the behavior of bonded joints from complete characterization and modeling under quasi-static bi-axial loading, using a simple test, directly integrated to industry. In a first stage, to achieve this goal, modified Scarf test has been proposed to characterize the mechanical behavior of adhesive joints. This type of specimen allows applying multiaxial loadings without having high-stress concentrations near the edges. The second part of the thesis deals with the development of a strategy for simplifying the characterization of a bonded joint using some hypotheses (stress/strain states). This strategy allows obtaining the intrinsic behavior of the adhesive in the form of the stress/strain curves. The last part of this work deals with the identification and selection of the most appropriate instrumentation systems in the experimental characterization

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Perrot, Grégory. "Modélisation du comportement des composites à matrice céramique auto-cicatrisante sous charge et atmosphère oxydante." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0442/document.

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Abstract:

Les matériaux composites à matrice céramique (CMCs) à matrice auto-cicatrisantes (MAC) sont développées depuis plusieurs années pour leurs possibilités d'application dans le domaine de la propulsion aéronautique où ils se révèlent trés intéressants en termes de résistance à des conditions sévères et de légèreté. Dans le cadre d'un programme d'étude du comportement des CMC-MAC et de leurs mécanismes d'endommagement, l'objectif de ces travaux est de construire un modèle numérique multi-physique permettant de déterminer la durée de vie d'un échantillon d'un tel matériau soumis à une contrainte mécanique dans un environnement oxydant. L'étude porte sur la mise en place d'un couplage entre deux codes de calcul : un code d'endommagement mécanique et un code physico-chimique qui a été développé au cours de cette thèse. De façon inédite, on se place dans la géométrie 2D d'un plan de fissure, partant d'une image détaillée de l'arrangement des constituants (fibres, interphases, matrice multi-couche). Les différentes parties du programme ont été validées indépendamment et des résultats du calcul complet sont présentés et discutés
Self-Healing Ceramics Matrix Composites (HT-CMC) are developed since several years for theirapplication in aeronautic applications and are interesting for their good resistance to criticalenvironments. As part of a study program of the HT-CMC behavior and their damagemechanisms, the objective of this thesis is to build a multi-physics numerical model todetermine the lifetime of a sample such a material subjected to a mechanical stress in anoxidizing environment. The study focuses on the establishment of a coupling between twocomputer codes: a code of mechanical damage and a physical-chemical code that wasdeveloped during this thesis. In an unprecedented way, we place ourselves in the 2D geometryof a crack plane, starting from a detailed picture of the arrangement of the components (fiber,interphase, multi-layer matrix). The different parts of the code have been independentlyvalidated and the results of the complete calculation are presented and discussed

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Peng, Lingling. "Modélisation numérique d'assemblages collés : application à la réparation de structures en composites." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00910094.

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Abstract:

Cette étude fait partie d'un programme de recherche concernant la réparation de structures composites par collage de patchs externes. Les objectifs principaux de ce programme sont d'une part l'identification de l'ensemble des facteurs susceptibles d'influencer les performances à long terme de ce type de réparation, et d'autre part de déterminer dans quelle mesure l'utilisation de tels assemblages peuvent s'avérer une solution optimale. La conception d'un tel système passe obligatoirement par le développement d'un outil de simulation et de prédiction robuste du fait des divers mécanismes d'endommagement pouvant intervenir de fa?on très complexe et de la rupture finale du système résultant d'une propagation des zones endommagées. Cette étude compose d'une et d'autre l'aspect de la modélisation numérique, et l'aspect expérimental. Le dialogue entre les résultats numériques et expérimentaux permet, d'une part de comprendre les mécanismes d'endommagement et l'évolution de ce dernier dans le système réparé, d'autre part de valider le modèle numérique. En particulier, nos efforts ont été concentrés, en utilisant le logiciel LS-dyna, sur l'application des modèles de zone cohésive (MZC). Le comportement au délaminage d'un composite carbone/époxyde et de l'adhésif sont étudié avec les essais en mode I, mode II et mode mixte. Une étude paramétrique de MZC est effectuée. Le modèle de zone cohésive validé est utilisé pour modéliser le comportement en traction des composites réparés par collage de patches externes

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Hemon, Elen. "Modèles multi-niveaux de prévision des durées de vie en fatigue des structures composites à matrice céramique pour usage en turbomachines aéronautiques." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01020093.

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Abstract:

L'enjeu actuel pour les industriels de l'aéronautique est de diminuer la consommation en carburant et/ou d'augmenter le rendement des avions. A terme, Safran souhaite remplacer les aubes de turbine, actuellement en superalliage, par des aubes en matériau composite tissé de type SiC/SiBC. Il est alors important de prévoir leurs durées de vie. Ce travail a donc consisté à développer un modèle de durée de vie pour ces composites autocicatrisants. Ces matériaux tissés sont constitués de fibres Nicalon, d'une interphase de pyrocarbone et d'une matrice autocicatrisante multicouche (B4C, SiC et SiBC). La particularité de ces composites est l'oxydation de chaque constituant du matériau en fonction de l'environnement (température, atmosphère sèche ou humide). Le modèle de durée de vie développé offre un compromis entre des temps de calcul réduits, malgré la prise en compte de phénomènes physico-chimiques complexes, et une prévision de la durée de vie suffisamment précise. L'approche retenue est un couplage entre un modèle d'endommagement mécanique et un modèle physico-chimique. Un modèle de durée de vie uniaxial a été proposé afin de justifier les différents couplages nécessaires entre les parties mécanique et physico-chimique mais également pour optimiser les algorithmes de résolution. Ce modèle a permis d'identifier les coefficients pour deux nuances de matériaux. Afin de réaliser des essais de structures, un modèle de durée de vie multiaxial a été proposé et implanté dans le code de calcul ZéBuLoN. Un protocole d'identification a également été proposé dans ce travail même si les essais de caractérisation jusqu'ici réalisés ne sont pas suffisants pour identifier complètement le modèle 3D sur ces matériaux.

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Ben, Ramdane Camélia. "Etude et modélisation du comportement mécanique de CMC oxyde/oxyde." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0077/document.

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Abstract:

Les CMC oxyde/oxyde sont de bons candidats pour des applications thermostructurales. Le comportement mécanique et les mécanismes d’endommagement de deux composites alumine/alumine à renforts tissés bi- et tridimensionnels ont été étudiés et comparés. La microstructure de ces CMC à matrice faible a été caractérisée à partir de porosimétrie et de CND, tel que thermographie IR, scan ultrasonore et tomographie X, ce qui a permis de mettre en évidence la présence de défauts initiaux. Le comportement mécanique en traction, ainsi qu’en compression dansle cas du CMC à renfort bidimensionnel, dans la direction des fibres ainsi que dans la direction ±45°, aété étudié à température ambiante. Afin d’exploiter pleinement ces essais, nous avons eu recours à plusieurs méthodes d’extensométrie et de suivi d’endommagement, telles que la thermographie IR et l’émission acoustique. Les propriétés mécaniques à rupture ainsi que le module de Young du CMC à renfort bidimensionnel développé à l’Onera se sont avérées supérieures à celles disponibles dans la littérature. Les mécanismes d’endommagement des matériaux ont été déterminés à partir d’observations post mortem au MEB et d’essais in situ dans un MEB, ce qui a permis d’évaluer la nocivité des défauts initiaux. Enfin, l’étude du comportement mécanique de ces composites a permisde proposer un modèle d’endommagement tridimensionnel qui permettra de poursuivre le développement de ces matériaux grâce à du calcul de structure. A l’issue de cette thèse, des pistes d’amélioration des procédés d’élaboration et de choix d’instrumentation à utiliser pour les futures études, notamment en ce qui concerne le suivi d’endommagement, ont également été proposées
Oxide/oxide CMCs are good candidates for thermostructural applications. Themechanical behaviour and damage mechanisms of two alumina/alumina composites with two andthree dimensional woven reinforcements were studied and compared. The microstructure of theseweak matrix CMCs was characterized by porosimetry and NDT methods, such as IR thermography,ultrasound scanning and X-ray tomography, which highlighted initial defects. The mechanicalbehaviour was studied through tensile tests, as well as compression tests in the case of the twodimensionalreinforced CMC. These tests were conducted at room temperature, in the fibres directionsand in the ±45° direction. In order to fully exploit these tests, several extensometry and damagemonitoring methods, such as IR thermography and acoustic emission, were used. Young’s moduli andmaximum stresses and strains of the two-dimensional reinforced CMC developed at Onera appearedto be higher than those available in the literature. The damage mechanisms of the materials weredetermined by post mortem SEM observations and in situ testing in a SEM, which made it possible toassess the nocivity of initial defects. Studying the mechanical behaviour of these composites finallyenabled the development of a three-dimensional damage model that will facilitate the furtherdevelopment of such materials, through finite element analysis. Finally, some improvements regardingthe manufacturing processes and the instrumentation for damage monitoring were suggested forfuture studies

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Dissertations / Theses on the topic 'Composites à fibres – Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus) – Modèles mathématiques'

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