Modélisation et analyses expérimentales basées sur la caractérisation microstructurale par imageries à rayons X : application aux composites thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes

par Abderrahmane Ayadi

Thèse de doctorat en Mécanique, Energétique, Sciences des Matériaux

Sous la direction de Frédéric Roger, Habibou Maitournam et de Hedi Nouri.


  • Résumé

    Les thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes sont devenus d’une large utilisation dans le secteur automobile. Toutefois les conditions opératoires de ces matériaux exigent un dimensionnement contrôlé pour éviter l’endommagement précoce. Dans ce contexte, les concepteurs se fient aux simulations numériques intégratives pour tenir compte des effets locaux de la microstructure telle que l’orientation des fibres. Cependant, les résultats numériques ne sont pas toujours en bon accord avec les mesures expérimentales surtout dans les endroits où la microstructure présente de fortes hétérogénéités à différentes échelles. Celles-ci correspondent d’une part à des distributions complexes d’orientation et de densité des fibres et d’autre part à la présence de défauts microstructuraux telles que des lignes de soudure ou des porosités micrométriques. Ces défauts sont difficiles à intégrer dans les simulations numériques basées sur les approches intégratives. Ce travail de thèse présente deux contributions principales. La première consiste à caractériser l’influence des hétérogénéités à une échelle micrométrique au voisinage de zones critiques sur les propriétés macroscopiques. Les cas d’applications considérés concernent des éprouvettes structures en polyamide 66 renforcé à 35% en masse par des fibres de verre courtes. La deuxième contribution consiste à évaluer l’effet de l’orientation des fibres et du conditionnement en humidité sur les mécanismes d’endommagement et leurs lois d’évolution. L’objectif est de formuler un modèle d’endommagement micromécanique à trois phases qui permet de prédire les sites d’apparition de fissures et de simuler leurs propagations.

  • Titre traduit

    Modelling and experimental analyses based on microstructural characterisation by X ray imaging : application to thermoplastic composites reinforced with short glass fibres


  • Résumé

    Short glass fibre reinforced thermoplastic composites have become widely used in the automotive sector. However, the operating conditions of these materials require accurate design modelling to prevent premature damage. In this context, designers rely on integrative computer simulations to consider the local microstructural effects induced by fibre orientations. However, the numerical results are not always in good agreement with the experimental measurements especially in places where the microstructure shows strong heterogeneity at different length scales. These heterogeneities correspond firstly to complex orientation and density distributions of fibres and secondly to the presence of microstructural defects such as weld lines or micrometric pores. These defects are difficult to integrate into the numerical simulations based on integrative approaches. This thesis presents two main contributions. The first is to characterize the influence of heterogeneities in a micrometric scale on the macroscopic properties in the vicinity of critical areas. The considered cases of application concern structural testing samples of polyamide 66 reinforced with 35% by weight of short glass fibres. The second contribution is to evaluate the effect of the fibre orientation and humidity conditioning level on damage mechanisms of damage and their evolution laws. The objective is to formulate a three-phase micromechanical damage model for predicting the cracking sites and simulate their propagation.

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