Modélisation micromécanique de l’effet des chargements cycliques et de la vitesse de déformation sur l’endommagement de l’interface fibre-matrice dans les composites SMC

Micromechanical modelling of the effect of cyclic loads and strain rate on fibre-matrix interface damage in SMC composites

• Auteur / Autrice : Houssem Ayari
• Direction : Abbas Tcharkhtchi, Hachmi Ben Daly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 03/09/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM en cotutelle avec Université de Sousse (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (Paris ; 1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Ahmed Koubaa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abbas Tcharkhtchi, Hachmi Ben Daly, Nizar Ben salah, Nadia Bahlouli, Zouhaier Jendli, Sahbi Tamboura, Joseph Fitoussi, Mohammadali Shirinbayan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nizar Ben salah, Nadia Bahlouli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation prédictive

Dynamique

Tissus de verre

Composites -- Fatigue

Mots clés libres

Modélisation multi-Échelles

Interface fibre-Matrice

Composite SMC

Endommagement

Fatigue

Dynamique

Multiscale Model

Fiber-Matrix interface

SMC composite

Damage

Fatigue

Dynamic

Résumé

L’objectif de cette étude est de modéliser les réponses mécaniques de deux matériaux composites SMC soumis à des sollicitations de types fatigue et dynamique. Pour mener à bien cet objectif, une étude bibliographique a été menée sur les propriétés et la modélisation des comportements dynamique et cyclique des matériaux composites à renforts discontinus. L’endommagement à l’interface fibre-matrice apparait comme étant le phénomène moteur dans les composites SMC dont le comportement peut être qualifié d’élastique endommageable. Ainsi, un modèle micromécanique basé sur une technique d’homogénéisation dans lequel un critère local statistique de rupture à l’interface fibre-matrice a été introduit a été développé et a permis de traduire le comportement monotone des SMC étudiés a été développé. Les résultats expérimentaux extraits de la littérature ont permis l’extension du modèle micromécanique aux cas des chargements cycliques et dynamiques. Quatre approches complémentaires tous fondé sur la prise en compte des dommages interfaciaux ont été développées. Notamment, le critère a été formulé en fonction des contraintes limites normales et tangentielles locales, des vitesses de chargement locales correspondantes et du nombre de cycle afin de prédire le comportement dynamique et cyclique. Ainsi, les réponses mécaniques sous chargement monotone, la dégradation progressive des propriétés mécaniques sous chargement dynamique et cyclique et la durée de vie des deux composites SMC étudiés ont pu être prédites avec une bonne concordance avec les résultats expérimentaux obtenus à l’échelle microscopique et macroscopique.

The aim of this study is to model the mechanical behavers of two SMC composite materials subjected to fatigue and dynamic loadings. To achieve this goal, a bibliographic study was carried out on the modeling of the dynamic and cyclic behavior of SMC composite. Fiber-matrix interface decohesion is a main local damage mechanism in SMC composites. This phenomenon is introduced in the Mori and Tanaka approach through a local damage criterion which defines step by step the number of micro-cracks to be introduced in the homogenization scheme of this model during loading until final failure.Indeed, this model allows predicting the monotonic behavior of the studied SMCs. The experimental results, extracted from literature, have allowed the extension of the micromechanical model in the cases of cyclic and dynamic loadings. Four complementary approaches, all based on the consideration of interfacial damage, have been developed as a function of the local normal and tangential stress values, the corresponding strain rate and the number of cycles.Thus, the mechanical response under monotonic loading at different strain rates from quasi-static to dynamic was also predicted. For the fatigue loading, the progressive degradation of the mechanical properties and the fatigue lifetime of the two investigated SMC composites were predicted in good agreement with the experimental results obtained at microscopic and macroscopic scale.