Thèse soutenue

Modélisation de l'endommagement anisotrope des structures géométriquement non linéaires à paroi mince en matériaux composites (coques et plaques) : application au délaminage
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Auteur / Autrice : Djebbara Benzerga
Direction : Antoine Lavie
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science pour l’ingénieur. Génie mécanique
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Artois

Résumé

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La conception des coques laminées exige une maîtrise de l’analyse des structures stratifiées géométriquement non linéaires, non seulement dans le domaine élastique, mais aussi pour des lois de comportement tenant compte des différents modes d’endommagement, en particulier le phénomène de délaminage. Ces dernières décennies, des progrès considérables ont été réalisés dans le domaine de la mécanique de l’endommagement qui a atteint un stade de maturité lui permettant d’être utilisée pour modéliser les dégradations des matériaux dans de nombreux domaines du Génie Mécanique. Ces progrès ont aboutit à la formulation des lois de comportement avancées, prenant en compte l’endommagement des composites stratifiés. Le présent rapport porte sur l’analyse des structures géométriquement non linéaires (plaques et coques) en matériaux composites en considérant l’endommagement anisotrope (délaminage), plus précisément le comportement endommageable en grands déplacements des coques stratifiées composées de plis unidirectionnels. Ces structures composites présentent l’énorme avantage de pouvoir s’adapter à un contexte de chargement donné en orientant les fibres suivant le sens de sollicitations. La théorie de déformation en cisaillement du premier ordre FOSD (first order transverse shear deformation) a été utilisée pour le développement du champ de déplacement. Les développements cinématiques ont permis le passage du problème initialement tridimensionnel à un problème bidimensionnel. Le comportement a été limité au domaine élastique avec les hypothèses de la théorie des rotations modérées (MRT5) en incluant le phénomène de délaminage dans les équations constitutives basé sur le modèle issu des travaux de Ladevèze. La fissuration a été décrite par un affaiblissement des modules de rigidité du milieu où les variables d’endommagement sont associées à la dégradation de la matrice de rigidité. Le modèle de délaminage prend en compte les trois modes de dégradation interlaminaire qui sont associés aux trois modes d’ouverture des fissures. Des simulations numériques par la méthodes des éléments finis ont été réalisées en mode pure, en mode mixte de délaminage et sur un nouveau composite stratifié tissée à usage orthopédique fabriqué à partir d’une charge naturelle non polluante (poudre de noyaux de dattes). Après la validation du modèle de délaminage, la méthode développée dans ce rapport a été comparée avec succès à d’autres résultats de la littérature.