Optimisation des caractéristiques mécaniques des structures en composite

Mechanical property optimization of composite structures

• Auteur / Autrice : François Laurent
• Direction : Gilbert Touzot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique appliquée à la construction
• Date : Soutenance en 1989
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes

Méthodes d'homogénéisation numérique

Éléments finis, Méthode des

Résistance des matériaux

Composites à fibres

Optimisation des structures

Résumé

Jusqu'à présent, le domaine de l'optimisation des composites concernait principalement les composites à fibres longues ou les stratifiés. Notre travail s'est intéressé à l'optimisation des composites à fibres courtes ou à fibres longues non rectilignes. A partir de la connaissance des masses des constituants du matériau, nous cherchons quelles sont les répartitions des fibres et les orientations optimales, en tout point d'une structure, pour en accroitre la résistance. Pour chercher la meilleure répartition des fibres, il faut utiliser les lois de comportement les plus précises possibles. Or, dans ce domaine, les résultats théoriques font défaut. Pour pallier ce problème, nous utilisons des techniques de l'homogénéisation numérique qui permettent d'évaluer, avec une précision satisfaisante, les valeurs de la matrice de compliance du matériau, ainsi que de sa résistance. Nous proposons un algorithme permettant d'effectuer ensuite un lissage des valeurs obtenues pour les adapter aux problèmes d'optimisation. Sur le plan numérique, l'optimisation de densité de fibres ne présente pas de difficulté majeure. De multiples optimums locaux apparaissent lorsque nous cherchons les orientations optimales des fibres. Nous proposons différentes méthodes qui, suivant la nature du composite (fibres courtes, fibres longues non rectilignes) permettent de choisir les points de départ de l'algorithme d'optimisation, et donne les étapes indispensables à effectuer. Nous remarquons également que la résistance d'une pièce est souvent imposée par celle de quelques points sensibles de la structure. L'orientation des fibres en ces points est très importante. Ailleurs, elle peut être gouvernée par le processus de fabrication. Nous validons les choix effectués en présentant des résultats obtenus sur un exemple industriel.