Simulation numérique d’un assemblage métal / composite thermoplastique par CMT pins

par Simon Paroissien

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Patrick Rozycki.

Le président du jury était Jacques Renard.

Le jury était composé de Patrick Rozycki, Jacques Renard, Fodil Meraghni, Francis Collombet, Thierry Renault.

Les rapporteurs étaient Fodil Meraghni, Francis Collombet.


  • Résumé

    Une méthode est proposée pour la modélisation d’unassemblage multimatériaux innovant visant des applicationsdans l’allègement structurel des véhicules. Dans cetassemblage une partie composite thermoplastique, est fixée àune plaque acier texturée par la technologie CMT pins.L’interface est particulièrement complexe et non linéaire : unereprésentation fine du comportement local serait extrêmementpénalisante en temps de calcul. Dans cette optique il a étéchoisi d’orienter la méthodologie vers une modélisation la plussimple possible tout en conservant de bons résultats globaux.Pour ce faire, en s’inspirant de l’état de l’art existant sur lesmultimatériaux, une campagne expérimentale a été menée surdes éprouvettes longitudinales à double recouvrement afin decaractériser cette interface. Une fois les mécanismes locauxinvestigués, deux modèles sont proposés. Le premiernumérique basé sur la méthode des éléments finis etl’introduction d’éléments cohésifs nous permet de valider leshypothèses de modélisation tout en quantifiant la répartitiondes efforts entre les picots. Le deuxième se base sur le calcullocal d’un Volume Élémentaire Représentatif pour établiranalytiquement la loi de comportement de l’interface. Cette loiest ensuite introduite sous la forme d’un ressort non linéaire ausein d’un modèle numérique simplifié de l’éprouvette. Pourfinir ces approches sont appliquées au cas d’étude industriel etles résultats sont validés par une deuxième campagneexpérimentale.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of a metal / thermoplastic assembly by CMT pins


  • Résumé

    A method is proposed to simulate an innovative multimaterialassembly which has applications in structural lightweight forvehicles. In this assembly, a thermoplastic composite part isfixed on a steel plate, textured by the CMT pins technology.This is an especially complex and nonlinear interface: a finerepresentation of local behaviour would be extremely costlyfor calculation. So, it has been chosen to investigate a model assimple as possible which still demonstrates accurate globalresults.An experimental campaign on double lap shear specimen,inspired by existing state of the art on multimaterial has beenset up to characterize this interface. Once local mechanismshave been understood, two models are proposed and compared.The first is numerical and based on finite elements method andcohesive elements. It allows us to validate the modelhypotheses while describing the effort repartition between thepins. The second one is based on a Representative VolumeElement. It establishes analytically the behaviour law of theinterface. This law is then inserted inside a simplifiednumerical model of the specimen by means of a nonlinearspring. To conclude, these approaches are applied to theindustrial case of study and the result have been validated by asecond experimental campaign.


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