Contribution à l’étude du comportement mécanique des structures en matériaux composites : : -carateristiques homogénéises de poutres composites, : -comportement dynamique de coques composites
par José Carlos Pereira
Thèse de doctorat en Génie Mécanique
Sous la direction de Michel Lalanne.
Soutenue en 1996
à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec LMSt - Laboratoire de Mécanique des Structures, UMR 5514 (Lyon, INSA) (laboratoire) .
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Résumé
Ce travail est composé de deux parties distinctes. La première partie concerne la détermination des caractéristiques homogénéisées de poutres composites à phases isotropes. On s'intéresse particulièrement aux contraintes de cisaillement transverse. Les fonctions de gauchissement en flexion et de contraintes en torsion sont déterminés par la méthode des éléments finis. Les éléments finis utilisés, de haute précision de type Hermite, garantissent la continuité des contraintes aux interfaces. Des analytique/numériques et expérimentales permettent de valider les modèles. Le potentiel d'application des outils numériques est illustré sur des cas industriels. La deuxième partie de l'étude concerne la prévision du comportementale dynamique de coques en matériaux composites. Un élément fini quadrangulaire, discret par couche (D08), spécifique aux structures de type coque présentant un cisaillement transverse important, est développé. Le champ de déplacement est non linéaire dans l'épaisseur de la coque. L'intégration numérique explicite dans l'épaisseur permet d'assurer la continuité des contraintes de cisaillement transverse aux interfaces. L'élément (D08) est comparé à un élément de type coque multicouche (Q8) et à un élément volumique (H2O). Un modèle de prévision de l 'amortissement modal basé sur un principe énergétique est utilisé. L'ensemble des résultats expérimentaux obtenus sur des plaques en carbone/époxyde et verre/époxyde et sur une coque vrillée naturellement revêtue de matériau viscoélastique.
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Titre traduit
= A contribution to the prediction of the mechanical behavior of compostie material structures: : - Homogenous characteristics of composite beams : -Dynamic behaviour of composites shells.
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Résumé
This work has two distinct parts. The first one concerns the determination of the homogenous characteristics of isotropic composite beams. One take an interest in transverse shear stress The warping function in flexion and the stress function in torsion are obtained using the Finite Element Method. The high Hermite element is used. It permits to obtain the transverse shear continuity on the interfaces. Analytical/ and experimental/numerical comparisons permit the of the models. The numerical tools is illustrated industrial cases. The second part of this work concerns the of the dynamic behavior of multilayer composite. A quadrilateral finite element, called as discrete layer (DQ8) is developed. The displacement field is supposed to be non linear along the shell thickness. The explicit numerical integration along the thickness of the element permits the transverse shear continuity on the interfaces of the layers. Element ( DQ8) is compared to a multilayer shell element and a volume element (H20). A modal damping model is obtained using an energetic method. The validation of the model is achieved using a mixed numerical and experimental approach. It concerns a carbon/epoxy and glass/epoxy plates. Finally, a partially spin shell involving a constrained viscoelastic layer is studied.
