Caractérisation et modélisation de l'endommagement par microfissuration des composites stratifiés - Apports des mesures de champs et de l'homogénéisation

par Cristina Goidescu

Thèse de doctorat en Génie Mécanique, Mécanique des Matérieaux

Sous la direction de Olivier Pantale et de Hélène Welemane.

Soutenue le 22-09-2011

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Ce travail porte sur l'endommagement des matériaux composites stratifiés utilisés notamment pour la réalisation de pièces structurales minces. La dégradation de ces matériaux induite par la création et le développement de surfaces de décohésion internes est abordée sous deux angles. Une campagne expérimentale a tout d'abord été menée sur des stratifiés en carbone-époxy réalisés par infusion de résine liquide et sollicités en traction uniaxiale. Cette étude propose une analyse originale à l'aide de trois techniques optiques permettant une caractérisation de l'endommagement par mesures de champs : cinématiques (par stéréo-corrélation d'images), thermiques (par thermographie infrarouge) et densimétriques (par tomographie à rayons X). Le second volet du travail concerne la modélisation de la microfissuration dans le contexte d'une anisotropie initiale. A cette fin, une homogénéisation bidimensionnelle de milieux orthotropes fissurés permet la prise en compte de défauts d'orientation arbitraire et des effets unilatéraux (ouverture-fermeture des microfissures) au sein d'une formulation énergétique en déformation. Sur cette base, un modèle de comportement est proposé dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles avec variables internes. Des simulations numériques permettent de démontrer les capacités prédictives de la formulation, en particulier la représentation du comportement non linéaire de ces matériaux, l'interaction entre les anisotropies initiale et induite et la restitution des propriétés élastiques lors de la fermeture de défauts.

  • Titre traduit

    Characterization and modeling of damage by microcrack growth in laminated composites - Contributions of field measurements and homogenization


  • Résumé

    This work deals with the damage of laminated composite materials used in particular for the production of thin structural parts. The degradation of these materials induced by the creation and growth of internal microcracks is considered from two angles. An experimental campaign was first conducted on carbon-epoxy laminates made by liquid resin infusion and loaded in uniaxial tension. This study proposes an original analysis using three advanced optical techniques that allow the damage characterization through full-field measurements : kinematic (with stereo-image correlation), thermal (with infrared thermography) and density (with X-ray tomography). The second part of the work concerns the modeling of microcracking in the context of initial anisotropy. To this end, a two-dimensional homogenization of orthotropic cracked media allows consideration of arbitrary orientation of defects and unilateral effects (opening and closing of microcracks) within a strain energetic formulation. On this basis, a constitutive model is proposed in the framework of thermodynamics of irreversible processes with internal variables. Numerical simulations demonstrate the predictive capabilities of the formulation, in particular the representation of the nonlinear behavior of these materials, the interaction between initial and induced anisotropies and the recovery of elastic properties at the closure of microdefects.


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