Prévision du comportement et de l'endommagement des composites à matrice métallique par éléments finis

= Damage prediction of metal matrix composite by finite element

• Auteur / Autrice : Béatrice Lay
• Direction : Maurice Boivin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMSo - Laboratoire de Mécanique des Solides, EA 675 (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments-frontières, Méthode des

Composites à matrice métallique -- Fatigue

Composites

Résumé

La modélisation du comportement des composites à matrice a fait l'objet de nombreux travaux et l'effort actuel vise l'amélioration des techniques de calcul et d'homogénéisation prenant en compte la plasticité et l'endommagement. Nous nous intéressons tout d'abord à la modélisation par éléments finis du comportement rnicroplastique d'un composite à matrice métallique, comportement fortement dissymétrique en traction et compression ; la dissymétrie, due à la présence de contraintes résiduelles thermiques, dépend principalement de la morphologie et de la répartition des renforts. L'introduction d'une interphase entre la matrice et le renfort dans le modèle permet d'observer une diminution importante des contraintes à la surface des particules, ce qui semble intéressant puisqu'en chargement statique la rupture commence par la fissuration des renforts. L'interface renfort-matrice a été représentée jusqu'à maintenant dans les modélisations, soit par une liaison parfaite, soit par un contact unilatéral avec une loi de frottement de type Coulomb ou Tresca. Nous avons conçu un algorithme original prenant en compte un seuil de dé-cohésion à l'interface renfort-matrice avant l'application du modèle de frottement classique. Après l'étude du comportement ou de l'endommagement du composite en chargement statique, nous nous intéressons au comportement en fatigue du composite en calculant, grâce à la modélisation par éléments finis d'un chargement cyclique et à un critère de fatigue, la durée de vie du matériau sous sollicitations périodiques. Cette modélisation validée par les résultats expérimentaux montre le point faible des composites à savoir que le matériau renforcé est moins endurant que le matériau non renforcé, l'endommagement s'initiant dans la matrice.

The modeling of the metal matrix composites behavior is done in several works and the actual efforts wants to improve the calculation and homogenization technicals and to take in consideration the plasticity and the damage. First, the finite element modeling of the microplastic behavior of a metal matrix composite shows a great asymmetric behavior in tension and compression. This asymmetry , due to the presence of thermal residual stresses, depends principally on the reinforcement morphology and distribution. The introduction of an inter phase between reinforcement and matrix in the model permits to observe an important decrease of the stresses at the particle surface, that is seems interesting because, in static loading, the failure begins by reinforcement cracking. The previous finite element studies are principally done with a reinforcement matrix interface represented by a perfect bond one or an unilateral contact with Coulomb's friction. A new model is done which introduces a debonding stress at the interface before the application of a classical friction model. After the study in static loading of the composite behavior or damage, the fatigue behavior is studied by calculating, using finite element modeling of a cyclic loading and a fatigue criterion, the material fatigue life under periodic solicitation.