Contribution aux calculs fiabilistes sur des structures composites

Contribution on composite structures reliability calculation

• Auteur / Autrice : Stani Carbillet
• Direction : Mohamed Lamine Boubakar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoplasticité

Viscoélasticité

Mots clés libres

Algorithme hybride

Résumé

L'objectif de cette étude est de contribuer au développement d'un outil fiabiliste pour les composites stratifiés à matrice organique renforcée par des fibres longues. Pour cela un indicateur de confiance, basé sur l'évaluation de la probabilité de défaillance, est utilisé. Pour obtenir un résultat pertinent, il est indispensable de disposer d'un modèle de comportement mécanique le plus complet possible. L'approche méso-macro utilisée permet de prédire à partir de la modélisation du monocouche, le comportement visco-élastoplastique endommageable du stratifié. Afin de calculer de manière précise les réponses mécaniques du stratifié, la méthode des éléments finis est utilisée. L'élément de coque triangulaire développé au LMARC a été étendu au cas des stratifiés et implanté dans le code de calcul éléments finis CAST3M®. Il est ensuite associé aux lois incrémentales déduites des relations de comportement développées. Etant donné la complexité du modèle, l'identification de ces paramètres réclame la réalisation d'essais multi-axiaux et un algorithme numérique adapté. Les essais ont été réalisés sur des structures stratifiées tubulaires combinant traction et pression interne. Pour éviter les optima locaux une méthode basée sur un algorithme hybride (associant les avantages des algorithmes génétiques et des méthodes locales) est proposée. La méthode fiabiliste utilisée (First Order Reliability Method) permet de définir un indice de fiabilité relié à la probabilité de défaillance. La variabilité spatiale des propriétés du matériau est introduite en réalisant une discrétisation spatiale de la structure et en considérant les paramètres comme des variables aléatoires corrélées.

The objective of this study is to contribute to the development of a tool reliability for laminated composites with organic matrix reinforced by long fibres. For that an indicator of confidence, based on the evaluation of the probability of failure, is used. To obtain a relevant result, it is essential to have a model of the mechanical behaviour most complete possible. The méso-macro allows the damaged visco-elastoplastic behaviour of the laminate to be predicted from a model of the elementary ply. In order to calculate in a precise way the mechanical answers of the laminate, the finite element method is used. The shell triangular element developed on the LMARC was extended to the case of laminates and was established in the finite element computer code CAST3M®. It is then associated to the incremental laws deduced from the developed behaviour relations. Being given the complexity of the model, the identification of these parameters claims the realisation of multiaxial tests and an adapted numerical algorithm. The tests were carried out on tubular laminated structures combining traction and internal pressure. To avoid the local optima a method based on a hybrid algorithm (associating the advantages of the genetic algorithms and the local methods) is proposed. The reliability method used (FORM: First Order Reliability Method) makes it possible to define an index of reliability connected to the probability of failure. The space variability of the material properties is introduced by carrying out a space discretisation of the structure and by regarding the parameters as correlated random variables.