Etude du délaminage en mode II de composites unidirectionnels soumis à des sollicitations rapides : approche globale et Approche locale

par Anh Tuan Tran

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Didier Baptiste et de Joseph Fitoussi.


  • Résumé

    L'un des avantages majeurs des stratifié composites à renforts de fibres longues est la capacité d'orienter les fibres de chaque pli afin d'optimiser ses propriétés mécaniques telles que la résistance et la rigidité, par rapport aux chargements imposés. Malgré d'excellentes propriétés dans le plan, les stratifiés présentent un problème propre aux matériaux réalisés par stratification: la rupture inter-laminaire. Ce mécanisme de rupture se caractérise par un décollement ou une décohésion entre les plis du stratifié. Il est couramment appelé le "délaminage". De plus, peu d'information existe dans la littérature concernant le délaminage en mode II pur. Par ailleurs, cette dernière est encore moins prolifique en ce qui concerne les sollicitations rapides. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier ce mode de délaminage lorsque ce type de matériau composite est soumis à des sollicitations rapides. L'essai de délaminage en mode II CLS (Cracked-Lap-Shear) a été appliqué à deux types standards de matériaux composites unidirectionnels en utilisant un système de guidage assurant un mode II quasi-pur. Les campagnes d'essais ont été réalisées à l'aide d'une machine de traction à grande vitesse. Une caméra rapide de type Photron a été utilisée pour filmer la fissuration jusqu'à des vitesses de propagation de l'ordre de 1000m/s. L'application de la technique de mesure de champ par Corrélation d'images a permis de mesurer les champs de déplacement locaux au voisinage de la tête de la fissure. Deux méthodes différentes de mesure sont étudiées et appliquées aux essais pour suivre la propagation de la fissure: la méthode de contraste et une méthode combinant la mesure par Corrélation d'image et la méthode des Eléments finis. Par ailleurs, deux approches: la première dite " locale " et la seconde dite " globale " ont été appliquées pour déterminer l'évolution du taux de restitution d'énergie en fonction de la vitesse de propagation de la fissure. Grâce aux résultats obtenus par ces deux approches, nous avons montré que la loi théorique proposées par YANG est capable de bien représenter l'évolution du taux de restitution d'énergie en fonction de la vitesse de propagation de la fissure lors du délaminage en mode II. La loi d'évolution de Yang a donc été validée.

  • Titre traduit

    Study of delamination in mode II unidirectional composites subjected to high speed loading : Local Approach and Global Approach


  • Résumé

    One of the major benefits of laminate composites reinforced with long fibers is the ability to orient the fibers of each ply to optimize its mechanical properties such as strength and stiffness, relative to loads imposed. Despite excellent properties in the plane, laminates present a problem for materials made by laminating: the inter-laminar fracture. This failure mechanism is characterized by a delamination or debonding between the plies of the laminate. It is commonly called the "delamination". In addition, little information exists in the literature concerning the mode II delamination pure. Moreover, it is even less prolific in terms solicitations fast. The objective of this thesis is to study this mode of delamination when this type of composite material is subjected to high speed loading. The test mode II delamination (CLS Cracked-Lap-Shear) was applied to two standard types of unidirectional composite materials using a guiding system ensuring a quasi-pure mode II. The test campaigns were carried out using a tensile machine at high speed. A Photron high speed camera type was used to shoot up crack propagation speeds of about 1000m/s. The application of the technique of field measurement by image correlation was used to measure local displacement fields near the crack tip. Two different methods of measurement are studied and applied to tests to monitor the crack propagation: the contrast method and a method combining measurement by image correlation and finite element method. In addition, two approaches: the first called "local" and the second called "global" has been applied to determine changes in the rate of energy release according to the speed of propagation of the crack. With the results obtained by these two approaches, we showed that the theoretical law proposed by Yang is able to adequately represent the evolution of the energy release rate depending on the speed of propagation of the crack during mode II delamination. The evolution law of Yang has been validated.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (223 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 218 -223

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