Letteratura scientifica selezionata sul tema "Composites organiques tissés 3D"

Le domaine du génie aéronautique a connu des avancées considérables au cours des dernières décennies en science des matériaux. Les composites organiques tissés en trois dimensions à matrice de carbone (3DOMC) sont de plus en plus utilisés comme éléments de parties structurelles proches des moteurs d'avions et dans les pales de ventilateur de moteurs aéronautiques Ces matériaux sont donc sollicités pour fonctionner dans des gammes de haute performance, soumis à des sollicitations mécaniques multi-axiales à différentes températures et exposés à des cycles thermiques chaud/froid. Bien qu'il existe une littérature substantielle sur les effets de telles sollicitations sur le comportement à la fracture et les mécanismes d'endommagement ultime des 3DOMC, les études sur les mécanismes de l’amorçage de l’endommagement sont limitées. Cette lacune est particulièrement critique puisque l’amorçage de l’endommagement dicte l'usabilité de ces composants ; du point de vue opérationnel, aucun dommage n'est permis en service dans ces parties. Ce travail vise à développer une nouvelle méthodologie expérimentale pour caractériser le début de l’endommagement dans les 3DOMC pour différentes sollicitations multi-axiales rencontrées en service. Pour ce faire, un test in situ a été conçu couplant la Micro-Tomographie (μ-CT) et l'Émission Acoustique (AE), identifiant avec succès l'initiation de l’endommagement multi-axial lors d'un test de traction et de flexion-compression excentrique (ECB) sur des échantillons en axe et hors axe. L'effet de la température a été abordé via un test in situ mettant en œuvre la nouvelle méthodologie développée à haute température (120ºC) et basse température (-30ºC) ; il a été constaté que les mécanismes d'initiation de dommage dépendent fortement de la température. L'effet du cyclage thermique entre 120ºC et -55ºC sur le début du dommage a été caractérisé par AE et ex situ (μ-CT). De plus, la propagation du dommage jusqu'à 1000 cycles a été caractérisée en détail dans la méso-structure tissée en 3D. Enfin, la dégradation par cyclage thermique et le vieillissement sur le début du dommage sont étudiés dans un test de traction in situ statique
The field of aeronautical engineering has seen considerable advancements over the past decades in materials science. Carbon fibre Three-Dimensional Woven Organic Matrix composites (3DOMC) are increasingly used as elements of structural parts close to aircraft engines and in aero-engine fan blades. These materials are therefore requested to operate in high-performance ranges subjected to multi-axial mechanical solicitations at different temperatures and exposed to cold/hot thermal cycling. Although there is substantial literature on the effects of such solicitations on the fracture behavior and ultimate damage mechanisms of 3DOMC, there is a limited study on the initial damage mechanisms. This gap is particularly critical since the onset of damage dictates the usability of such components; from operational standpoint, no damage is permissible in service in these parts. This work aims to develop a novel experimental methodology to characterize the onset of damage in 3DOMC for different multi-axial solicitations encountered in-service.To achieve this, an in situ test has been designed coupling μ-Computed Tomography (μ-CT) and Acoustic Emission (AE), successfully identifying multi-axial damage initiation during tensile test and Eccentric Compression Bending (ECB) in in-axis and off-axis specimens. The effect of temperature has been addressed via in situ test implementing the new developed methodology test at high (120ºC) and low (-30ºC) temperature; it has been found damage initiation mechanisms are strongly dependent on temperature.The effect of thermal cycling between 120ºC and -55ºC on damage onset has been characterized by AE and ex situ (μ-CT). Further, damage propagation up to 1000 cycles has been characterized in detail in the 3D woven meso-structure. Finally, thermal cycling degradation and ageing on damage onset is investigated in static in situ tensile test

La caractérisation multi-échelle des préformes textiles en fibres naturelles est un moyen indispensable pour comprendre et évaluer les propriétés mécaniques et le comportement du composite. Dans cette étude, une caractérisation expérimentale multi-échelle est réalisée sur des tissus 3D interlock chaine en fibre de lin à l'échelle des fibres (micro), des mèches (méso), des tissus et des matériaux composites (macro). Les propriétés mécaniques en traction de la fibre de lin ont été déterminées en utilisant la méthodologie de l'IFBT. L'effet de la torsion a également été pris en compte dans le calcul de la rigidité de la fibre et a révélé les limites de la loi des mélanges et d'autres modèles. Des essais de traction sur des mèches sèches ont été effectués en considérant différents niveaux de torsion afin de déterminer le niveau de torsion optimal pour tisser 3D la mèche de lin. Les résultats révèlent l'importance de considérer les propriétés de la fibre et des mèches à ces échelles pour déterminer la matière première la plus adéquate pour le tissage. A l'échelle du tissu, dix sept tissus 3D interlocks chaines ont été réalisés pour comprendre l’influence des paramètres produits sur les paramètres textiles et sur le comportement mécanique. La caractérisation des structures tissées 3D interlock chaine montre le rôle prépondérant des mèches sur les propriétés structurelles et mécaniques. A l'échelle macroscopique suivante, les six structures résinées ont permis d'établir des relations entre les structures de renfort et les matériaux composites associés. Couplé à l'ensemble de ces études, une approche statistique a permis d'apporter une vision globale des paramètres produits qui influent sur les tissus 3D interlock chaine et les matériaux composites associés
The multi-scale characterisation of textile preforms made with natural fibres is a necessary method to understand and analyse the mechanical properties and behaviour of the composite. In this study, a multi-scale experimental characterisation is carried out on 3D warp interlock fabrics made with flax fibres at the fibre (micro), yarns (meso), fabric and composites (macro) scales. The mechanical tensile properties of the flax fibre were determined using the IFBT methodology. The twist effect was also taken into account in the calculation of fibre stiffness and revealed the limits of the rules of mixtures and some other models. Tensile tests on dry rovings were carried out considering different levels of twist, in order to determine the optimal twist level suited for 3D weaving process. The results reveal the importance of considering the properties of the fibre and the yarn at these scales to determine the most suitable material for weaving. At the fabric scale, seventeen 3D warp interlock fabrics were produced to understand the influence of product parameters on textile parameters and mechanical behaviour. The characterisation of 3D warp interlock woven structures shows the predominant role of yarns on structural and mechanical properties. On the following macroscopic scale, the six impregnated structures have enabled relationships to be established between the reinforcing structures and the associated composite materials. Coupled with these studies, a statistical approach provided a global vision of the product parameters that influence the 3D interlock warp interlock fabrics and the associated composite materials

L’enjeu de ces travaux de thèse est de proposer des outils à destination du bureau d’études Safran, pour le dimensionnement de chapes réalisées en matériau composite tissé 3D à matrice organique. L’arrachement du nez de chape par cisaillement, qui est le mode de ruine prédominant sur les chapes composites tissées 3D de par leur géométrie et l’absence de renfort à 45°, est particulièrement investigué. Une caractérisation expérimentale de ce mode de ruine est menée, mettant en évidence une rupture par fissurations matricielles le long des bandes de cisaillement. Le modèle ODM-CMO, déjà validé pour les modes de matage et de rupture en traction nette, est ici enrichi afin de bien décrire le scénario d’endommagement. Plus précisément, la loi d’évolution de l’endommagement matriciel est modifiée pour des niveaux de cisaillement élevés. Le modèle est validé au travers de comparaisons avec les résultats d’essais disponibles sur chapes.Par la suite, une solution innovante de chape basée sur le ceinturage de la pièce est examinée. L’objectif de cette solution de chape est d’orienter les renforts afin de s’affranchir du mode de ruine par cisaillement qui intervient prématurément. Ce concept induit des états de contraintes tridimensionnels complexes, faisant en particulier intervenir les composantes hors-plan du tenseur des contraintes. Les paramètres matériau hors-plan étant difficiles à identifier, une méthode d’identification par mesure de champs est proposée, implémentée, et appliquée au matériau d’intérêt à partir d’essais élémentaires. Un essai technologique multi-instrumenté original permettant de solliciter la ceinture en traction est proposé sur la base de simulations. Trois essais ont été réalisés. Conformément aux prévisions du modèle, les ceintures ont rompu en traction nette, témoignant ainsi d’une augmentation de performance vis-à-vis de la chape monolithique tissée étudiée en première partie
The challenge of this work is to offer tools to the Safran design office for the sizing of lugs made of organic matrix 3D woven composite material. Shear failure is the predominant failure mode on 3D woven composite lugs due to their geometry and the lack of 45° reinforcements. Thus, in this work, special attention is paid to this failure mode. An experimental characterization of the shear failure is carried out, showing matrix cracks along the shear strips. The ODM-CMO model, already validated for bearing and net tensile failure modes, is here enriched to properly describe the shear failure damage scenario. More precisely, the matrix damage evolution law is modified for high shear levels. The model is validated through comparisons with test results available on lugs.Subsequently, an innovative solution of lug is examined, based on the belting of the part. The objective of this design of lug is to provide reinforcements to avoid the shear failure mode that occurs prematurely. This concept induces complex three-dimensional stress states, and particularly off-plane components of the stress tensor. As off-plane material parameters are difficult to identify, an identification method based on full-field measurement is proposed, implemented and applied to the material of interest using elementary tests. An original technological set-up to test the belt in tension with appropriate instrumentation is proposed on the basis of simulations. Three tests have been performed. The belts failed in net tension, reflecting an increase in performance over the monolithic 3D woven composite lug studied in first part

Ces travaux s’attachent à décrire et quantifier les mécanismes de ruptures des compositestissés 3D sous chargement de traction quasi-statique et à mettre en place une méthode de simulationnumérique adaptée et robuste, pouvant à terme être appliquée en bureau d’études.Dans cette optique, une étude expérimentale a été menée afin de quantifier la propagation defissures dans ces matériaux. Celle-ci a permis de mettre en place un scenario de rupture, entirant parti de la multi-instrumentation des essais. L’étude a également été effectuée sur deséprouvettes de géométries et de tailles variées et a mis en évidence d’importantes variations dutaux de restitution d’énergie avec les conditions d’essai. Un formalisme d’analyse et de modélisationintroduisant des longueurs internes a ensuite été présenté et adapté aux mécanismes derupture des composites tissés 3D. Ce formalisme est étayé par la recherche des mécanismes àl’aide de l’analyse des faciès de rupture. Les longueurs introduites ont ainsi été mises en relationavec les paramètres du tissage. Une méthode d’identification des paramètres a été proposée etles conséquences de ce comportement sur le dimensionnement de pièces composites discutées.Enfin, le transfert de ces résultats a été effectué vers des simulations numériques robustes. Desméthodes de régularisation des modèles d’endommagement continu ont été présentées et évaluéesà l’aune de leur capacité à assurer, d’une part, la robustesse des résultats et, d’autre part,la bonne retranscription des effets d’échelle expérimentaux. La prise en compte de ces considérationsnumériques et physiques nous a amené à proposé un modèle d’endommagement Non-Local.Une méthode d’identification des paramètres et de la longueur interne à partir des données expérimentalesa été proposée
This work aims to describe and quantify the failure mechanisms of 3D woven composites underquasi-static tensile loading and to implement an adapted and robust numerical simulationmethod, that can be applied in industry. To this end, an experimental study was carried out toquantify the propagation of cracks in these materials. Thus, a crack propagation scenario wasestablished, thanks to the multi-instrumentation used during the tests. The experimental campaignwas carried out on specimens of various geometries and sizes and highlighted significantvariations in the fracture toughness with the test conditions. A modelisation framework introducinginternal lengths was then presented and adapted to 3D woven composites. This frameworkis supported by the identification of the failure mechanisms subsequent to the analysis of thecrack profile. The introduced lengths were thus related to the weaving parameters. A method foridentifying the parameters was proposed and the consequences of this behaviour on the designof the composite parts discussed. Finally, these results were transferred to robust numerical simulations.Regularisation methods of continuous damage models were presented and evaluatedin terms of their ability to ensure, on the one hand, the robustness of the results and, on theother hand, the correct transcription of experimental size effects. Taking into account these numericaland physical considerations led us to propose a Non-Local damage model. A method foridentifying the parameters and the internal length on experimental data was proposed

Les travaux de cette thèse portent sur la caractérisation thermomécanique et le dimensionnement en fatigue d’un composite tissé 3D qui est fabriqué par le groupe Safran à des fins de recherche. La caractérisation expérimentale repose principalement sur des analyses des mesures infrarouges. Les protocoles expérimentaux, utilisés pour la génération des bases de données expérimentales, se basent sur le protocole d’auto-échauffement, qui cherche à relier les variations de température mesurées sous chargements cycliques aux différentes sources thermiques. Pour exploiter au mieux les données expérimentales obtenues, plusieurs outils de post-traitement, permettant de mettre en évidence les mécanismes caractéristiques aux composites tissés, ont été mis en place (détection des événements thermiques, génération des cartographies des amplitudes à 2×f, . . .). Cette caractérisation expérimentale est complétée par des comparaisons issues d’un dialogue essai/calculs. Ce dernier représente une complémentarité aux mesures expérimentales, notamment, parce qu’il permet d’identifier les mécanismes dissipatifs activés sous chargements cycliques relativement faibles. En s’appuyant sur la description des mécanismes dissipatifs, une méthode de caractérisation rapide en fatigue, qui cherche à identifier un critère de dimensionnement à partir des résultats des essais de traction et d’auto-échauffement, a été proposée
This work focuses on the thermomecanical characterisation and design against fatigue of a woven composite that is produced for research purposes by the Safran Group. The experimental characterisation is based mainly on the analyses of infrared measurements. The experimental protocols, used for generating the experimental database, are based on the heat build-up protocol, which seeks to relate the temperature variations measured under cyclic loadings to different heat sources. In order to fully exploit the experimental data, different postprocessing tools that enable to highlight mechanisms characteristic to woven composites were developed (thermal event detection, frequency analyses, ...). This experimental characterisation is then complemented by results coming from simulation/experiment comparisons. The latter enable to identify dissipative mechanisms activated under relatively low cyclic loadings. Furthermore, this dissipative mechanism description was used to introduce a rapid fatigue characterisation method that identifies an S-N curve model based on the results of tensile tests and heat build-up experiments

Les matériaux composites à renforts tissés 3D connaissent une utilisation grandissante dans de nombreux domaines de par entre autres leurs excellentes propriétés mécaniques. Cependant, le manque de compréhension de leur comportement est un facteur limitant. Ces limites sont liées à la complexité des phénomènes intervenant à différentes échelles qui jouent un rôle essentiel sur la prédiction de la réponse du matériau. Pour comprendre et résoudre ce problème, ce travail a pour objectifs d’étudier les matériaux composites 3D à l’aide de simulations numériques et d’observations expérimentales réalisées aux échelles micro, méso et macro. L’étude expérimentale a été réalisée afin d’obtenir : les propriétés macroscopiques du matériau et les paramètres nécessaires à la reconstruction géométrique. Ces caractéristiques ont été évaluées à l’aide de diverses techniques : microscopies optique et électronique et tomographie par rayons X sur des éprouvettes avant et après essais mécaniques afin de détecter les éventuels endommagements. Ces observations ont permis de définir les stratégies numériques à mettre en place aux différentes échelles. Ainsi, à l’échelle microscopique, un algorithme de dynamique moléculaire a été développé et testé sur des volumes représentatifs élémentaires et sur des sections de fils. Les résultats obtenus montrent une grande capacité à générer la variabilité microstructurale. A l’échelle mésoscopique, une stratégie de reconstruction à partir d’images tomographiques a permis de prendre en compte l’architecture réelle du composite 3D. Cette technique de modélisation a montré son grand intérêt dans la prédiction de la réponse non linéaire du matériau
3D textile reinforced composites have gained extensive application in many industrial domains by taking their excellent mechanical properties and neat-shape manufacturing. However, lack of understanding in material behaviour might be limiting factors at the design stage. One of these limits is the complexity of the multi-scale phenomena which play a critical role in predicting the material response. In order to tackle this problem, the systematic and detailed investigations are required at different material scales. Therefore, this work addresses to study 3D composites alternating and combining numerical simulations and experimental observations at different material scales. Experiments were carried out to provide twofold parameters: material properties and required geometrical reconstruction parameters. X-ray tomography was employed to inspect the intact samples. Electronic and optical microscopy techniques have been used in order to investigate in details the yarn cross-sections at initial states and eventual damages mechanisms accumulated during mechanical tests. All those observations allowed choosing numerical strategies at different material scales. Thus, at the micro-scale, the modified molecular dynamics algorithm has been developed and tested on RVE and irregular cross-section yarns. The results show great capacity and originality in the generation of the microstructural variability. Consequently, at the meso-scale, the reconstruction strategy was chosen which allowed representing real mesostructure of the composites. This modelling technique has great importance in the prediction of the material response, especially at the non-linear stage

Les composites tissés 3D, à l'aide de leurs grandes libertés de conception, peuvent fournir des propriétés mécaniques adaptées aux besoins spécifiques d'une structure. La complexité architecturale de ces matériaux induit néanmoins des propriétés, des comportements ainsi que des endommagements très difficiles à prédire. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent directement dans cette problématique et cherchent à développer des outils permettant, par simulation numérique, de prévoir les caractéristiques mécaniques de ce type de matériaux. Afin de répondre à cet objectif, une approche multiéchelle, alliant essais expérimentaux et simulations numériques, a été adoptée. Cette démarche permet, en appliquant des sollicitations réelles, de considérer la géométrie des renforts et les hétérogénéités du matériau, observables à l'échelle mésoscopique, qui sont responsables du comportement macroscopique du composite tissé. Le travail d'investigation expérimentale s'est attaché à caractériser le comportement d'un composite interlock 2,5D et des ses constituants ainsi que les mécanismes et cinétiques de rupture, pour des sollicitations de traction/flexion, grâce à des observations tomographiques aux rayons X et au concept d'interzone. En ce qui concerne la modélisation numérique, un critère de rupture permettant de simuler la dégradation ultime du composite, en coupant les fils de renforts, a été présenté et testé sur une cellule représentative du composite expérimentale. Les résultats en termes de localisations, d'orientations et de cinétiques de l'endommagement sont en accord avec les observations expérimentales. Ensuite, après avoir estimé l'influence des différents paramètres architecturaux sur le critère de rupture avec une campagne de calcul éléments finis, des architectures optimisées, pour les sollicitations considérées, ont pu être proposées et comparées à l'interlock 2,5D. Toujours dans l'optique d'une meilleure prédiction du comportement des composites tissés, les travaux se sont également intéressés à une modélisation plus fine des mécanismes d'endommagement. Une approche fiabiliste a donc été introduite sur le critère de rupture à l'aide d'une distribution statistique de Weibull. De plus, un autre mécanisme d'endommagement a aussi pu être pris en compte dans la modélisation en simulant, avec le modèle GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman), la cavitation de la matrice. Enfin, des techniques de réduction de modèle ont été employées pour diminuer le coût calcul de la modélisation multiéchelle afin d'identifier, par exemple, des propriétés matériaux par méthode inverse ou de simuler des essais de fatigue
With their large flexibility of design , 3D woven composites can provide mechanical properties tailored specificially to structural needs. However, the architectural complexity of woven reinforcements presents serious challenges when predicting properties, behaviours and damage processes. The present work deals with these challenges and seeks to develop numerical tools which are able to foresee the mechanical characteristics of this kind of materials. For this purpose, a multiscale approach, which combines experimental tests and numerical simulations, has been adopted. This approach allows, simultaneously, to take into account the loads and composite behavior, at the macroscopic scale, also the reinforcement geometry and the material heterogeneities which are only visible at the mesoscopic scale. The experimental investigation has been carried out to characterize the behaviour of an 2.5D interlock composite and its constituents. Examinations of the damage mechanisms have also been performed, using tomography and the interzone concept, for this woven composite under loadings in tension and combined tension and bending. With regards to the numerical modeling part, the ultimate degradation of the composite was simulated by cutting the reinforcement yarns with a failure criterion, previously reported, on a 3D representative cell of the experimental composite. For the two kinds of macroscopic loadings, the locations, orientations and kinetics of the damage were found to be fully in agreement with the experimental results. The influence of the architectural parameters on the failure criterion was then evaluated by finite element calculation. Consequently, it has been possible to proposed optimized architectures and make a camparison, for the two macroscopic loadings, with the 2.5D interlock woven composite. Still motivated to improve the prediction of the behaviour of woven composites, this work has also been on developing a finer modeling approach to the understanding of damage mechanisms. A stochastic approach was therefore introduced to the failure criterion using a Weibull statistical distribution. In addition, matrix cavitation has also been taken into account in the modelling. This damage mechanism was simulated using the GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) model. Finally, model reduction techniques have been applied to lower the cost of computing multiscale modeling in order to identify, for example, material properties by an inverse method or to simulate fatigue tests

Cette thèse porte sur l’étude du comportement mécanique des préformes textiles sèches en verre et carbone renforcées dans l’épaisseur pour des applications composites épaisses de forme complexe. La technique de renforcement par piquage dans l’épaisseur a été choisie pour ses avantages par rapport aux autres technologies de renforcement dans l’épaisseur. Des préformes en verre (armure toile) et carbone (armure satin 5) à différents nombre de plis, renforcées par un fil de carbone et selon des différents motifs de piquage (0°, 90° et 0°/90°) ont été réalisées grâce à une machine de piquage développée au sein du laboratoire et adaptée aux exigences de la thèse. Ces préformes ont servi de supports à une démarche d’identification du comportement mécanique par le biais d’essais élémentaires en traction uni-axiale, flexion et cisaillement plan. Cette partie de l’étude a permis de comprendre les contributions des différents motifs de piquage sur les propriétés mécaniques des préformes piquées en comparaison avec celles non piquées. Une comparaison sur l’influence du renforcement par piquage de ces deux types de renforts a été menée selon les mécanismes de déformation et les contributions du fil de piquage dans le plan. Associées à ces essais élémentaires, l’influence de l’apport du piquage sur les propriétés mécaniques à la déformabilité lors de l’étape de préformage par emboutissage a été analysée sur deux types de stratification en carbone : [0°/90°, -45°/+45°] et [0°/90°, -45°/+45°]2. L’étude s’est basée sur l’évaluation de la force maximale d’emboutissage, l’avalement maximal, les cartographies d’angles de cisaillement ainsi que les défauts apparents au cours de cette étape de préformage qui a été menée à deux pressions différentes de serre-flan (0,05 et 0,2 MPa). En conclusion, les résultats montrent qu’un piquage localisé au niveau des zones les plus sollicitées en emboutissage prend un intérêt considérable et présente un compromis entre les propriétés mécaniques dans le plan et hors plan : faible force d’emboutissage, faible avalement, plus de déformabilité du renfort fibreux et absence des défauts structuraux
This thesis deals with the study of the mechanical behavior of thickened glass and carbon dry textile preforms for thick composite applications with complex shapes. The Through-the-Thickness Reinforcement technique by tufting was chosen because of its advantages over other 3D reinforcement technologies. Glass (plain weave) and carbon (5H satin weave) preforms with different number of plies, reinforced by a carbon thread and according to different tufting patterns (0°, 90° and 0°/90°) were performed by a tufting machine developed within the laboratory and adapted to the requirements of the thesis. These preforms served as a support for an identification approach of the mechanical behavior by means of elementary tests in uniaxial tensile, bending and in-plane shear. This part of the study made it possible to understand the contributions of the different tufting patterns on the mechanical properties of tufted preforms in comparison with those un-tufted. A comparison on the influence of tufting reinforcement of the plain and 5H satin weaves respectively with glass and carbon fibers was conducted according to the deformation mechanisms and the contributions of the tufting thread. Associated to these elementary tests, the influence of tufting on the out-of-plane mechanical properties during the stamping preforming stage was analyzed on two types of carbon stratification: [0°/90°, -45°/+45°] and [0°/90°, -45°/+45°]2. The study was based on the evaluation of maximum punch force, maximum material draw-in, shear angle mapping, and apparent defects during the forming step which was conducted at two different blank-holder pressures (0.05 and 0.2 MPa). In conclusion, the results show that a localized tufting at the most stressed areas for stamping takes a considerable interest and presents a compromise between the in-plane and out-of-plane mechanical properties: low punch force, low material draw-in and more deformability of the preform with no structural defects

Les composites 3D renforcés de tissus interlocks d'angle couche-à-couche sont recherchés pour leurs bonnes résistances au délaminage et aux impacts. Cependant, la détermination précise du comportement mécanique de tels composites est complexe à cause de leur architecture numérique. L'objectif de ce travail est de déterminer les modules élastiques d'une plaque équivalente, en traction et en flexion, par une méthode d'homogénéisation asymptotique appliquée à une cellule unité périodique. Un programme spécifique est développé, permettant la modélisation géométrique et l'analyse mécanique de manière systématique et efficace. Cet outil permet de considérer l'influence du procédé de fabrication sur les paramètres géométriques et matériaux : l'architecture réelle après infusion et l'endommagement des fils durant le tissage. Les propriétés élastiques équivalentes sont validées par des simulations de plaques hétérogènes 3D et par comparaison expérimentale. L'interface fil/matrice est aussi analysée pour l'initiation d'endommagement dans le composite, introduit dans l'outil numérique par des surfaces cohésives, afin de compléter la modélisation du comportement mécanique
3D composites reinforced with layer-to-layer angle-interlock fabrics are attractive due to their superior properties in delamination and impact damage resistance. Nevertheless, the accurate prediction of the mechanical behavior of such composites is challenging due to the complex architecture. The purpose of this work is to assess the equivalent membrane and bending elastic moduli of the shell-type structure by a numerical asymptotic homogenization procedure on a periodic unit cell. A specific program is developed, allowing for parameterized geometrical modeling and mechanical analysis in a systematic and efficient way. This numerical tool enables to consider the influence of the manufacturing process on the geometric and material parameters: the real composite architecture after infusion and the yarn damage during weaving. The effective elastic properties are finally validated using numerical computations on 3D heterogeneous plates and by comparison with experimental tests. The yarn/matrix interface is also analyzed in terms of damage initiation into the composite, represented by cohesive surfaces in the numerical tool, in order to complete the understanding of its mechanical behavior

Les polymères intrinsèquement conducteurs (PIC) sont une catégorie de matériaux qui connaissent actuellement un important essor. Cependant, leur principal inconvénient est leur insolubilité dans les solvants usuels. C’est pour cela que de nombreuses études les associent avec des matrices polymère pour former des composites. Lors de cette étude, nous avons synthétisé des copolymères à blocs conducteurs dont la structure chimique est contrôlée. Ces copolymères sont composés d’un bloc "matrice" et d’un second bloc conducteur. La première partie, polystyrène ou polyacrylate, est synthétisée par polymérisation radicalaire contrôlée (ATRP) afin de maîtriser les masses molaires (entre 5 000 et 15 000 g/mol) et la polymolécularité (Ip). La partie conductrice est un oligomère d’aniline. Puis, les deux blocs sont couplés pour former un copolymère dibloc. Cette synthèse est réalisée par voie conventionnelle (chauffage bain d’huile) et sous irradiation micro-onde. Une autre architecture de copolymère est réalisée, il s’agit du greffage de polyaniline sur un polymère naturel, le chitosane. En effet, celui-ci apporte des propriétés filmogène, mais également la possibilité de réaliser des hydrogels par réticulation du copolymère greffé. Ainsi un réseau dans lequel la PANI est répartie de façon homogène est obtenu
Intrinsically conducting polymers (ICPs) are a recent category of materials which currently make strong great strides. However, their main inconvenience is their insolubility in the usual solvents. That’s why lots of studies associate them with polymer matrices to make composites. During this study, conductive blocks copolymers with controlled architecture were obtained. These copolymers consist of a "matrix" block and a second conductive block. The first part, polystyrene or polyacrylate, is synthesized by controlled radical polymerization (ATRP) to control the molecular weight (between 5 000 and 15 000 g / mol) and the polydispersity (Ip). The conductive part is an oligomer of aniline. Then, both blocks are coupled to obtain a diblock copolymer. This synthesis is realized by conventional heating (bath of oil) and under microwave irradiation. Other architecture of copolymer is realized, it consists on the graft of polyaniline onto a natural polymer, the chitosane which brings coating properties, and the possibility of realizing hydrogels by crosslinking of grafting copolymer. So a network in which the PANI is distributed in a homogeneously is obtained