Etude et optimisation de la réparation des composites stratifiés par collage des patchs externes

par Pengcheng Cheng

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Shahram Aivazzadeh et de Xiao-Jing Gong.

Soutenue le 15-12-2010

à Dijon , dans le cadre de École doctorale Carnot (Dijon) , en partenariat avec Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l’Environnement (Nevers) (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Grediac.

Les rapporteurs étaient Xiao-Lu Gong, Jean-Yves Cognard.


  • Résumé

    L’étude réalisée dans le cadre de cette thèse représente une recherche sur la durabilité de la réparation par collage de patchs externes de structures composites endommagées. Le comportement des réparations sollicitées en traction a été étudié. Les approches expérimentale et numérique ont été réalisées. La qualité et la répétitivité des réparations dépendent fortement du savoir-faire employé durant leur mise en œuvre. A ce titre, un protocole de fabrication précis a été établi et validé. Ce protocole a ensuite été appliqué strictement dans l’ensemble de l’étude. L’effet de la géométrie des patchs sur la performance des réparations en traction a été discuté. De plus, deux séries de patchs présentant des rigidités de membranes et des séquences d’empilement différentes ont été testées. Pratiquement, plusieurs méthodes de contrôle ont été appliquées pour localiser l’initiation de l’endommagement et suivre son évolution jusqu’à la rupture final. L’observation des scénarios d’évolution de l’endommagement a conduit à proposer trois modèles phénoménologiques permettant l’élaboration et la validation d’un modèle numérique.Le modèle numérique proposé a été validé grâce à la corrélation avec les résultats expérimentaux. Ensuite, ce modèle a été appliqué pour réaliser une étude paramétrique. Les résultats obtenus ont permis de proposer un modèle d’aide à la conception et à l’optimisation des structures composites réparées. Ce modèle fournit des informations intéressantes sur la meilleure combinaison des paramètres de réparation à utiliser.

  • Titre traduit

    Study and optimization of the repair of composite laminates by bonding external patches


  • Résumé

    The study in this thesis represents research on the durability of the repair of damaged composite structures by bonding external patches. The behaviour of the remedies sought in tension was investigated. The experimental and numerical approaches have been made.The quality and repeatability of repairs depends heavily on skills used during their installation works. As such, a specific manufacturing protocol was established and validated. This protocol was then applied strictly throughout the study. The effect of patch geometry on the performance of repair in tension has been discussed. In addition, two sets of patches with the different membrane stiffness and stacking sequences were tested. Practically, several control methods were applied to locate damage initiation and follow its evolution until the final rupture. Observing damage evolution scenarios has led to propose three phenomenological models for the development and validation of a numerical model.The proposed numerical model has been validated through correlation with experimental results. Then, this model was applied to perform a parametric study. The results obtained allowed to propose a model to help design and optimization of repaired composite structures. This model provides interesting information on the best combination of repair settings.


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