Stratégie de décomposition de domaine à trois échelles pour la simulation du délaminage dans les stratifiés

A three-scale domain decomposition strategy dedicated to the prediction of the debounding in composite laminates

• Auteur / Autrice : Pierre Kerfriden
• Direction : Olivier Allix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Génie mécanique. Génie civil
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théories non linéaires

Composites -- Délaminage

Stratifiés

Analyse multiéchelle

Résumé

Les composites stratifiés sont aujourd’hui fortement utilisés dans l’industrie. Ils permettent en effet une conception optimisée des structures et offrent ainsi une réponse aux contraintes énergétiques auxquelles font face les industriels. Cependant, la prévision par le calcul de leur comportement sous charge et de leur dégradation progressive soulève une difficulté : la modélisation du matériau doit être réalisée à une échelle très inférieure à celle de la structure. On se concentre ici sur les modèles de zone cohésive qui, depuis les vingt dernières années, ont démontré leur aptitude à la prédiction du délaminage. La taille des problèmes résultant de la simulation de l’évolution de structures industrielles par ce type de modèle est considérable. Leur résolution requiert alors l’utilisation de stratégies de calcul intensif. Dans ces travaux, le problème non linéaire posé à chaque piquet de temps du schéma d’intégration temporel est résolu par une méthode de décomposition de domaine à trois échelles. L’introduction des différents niveaux de résolution permet de traiter les informations de l’échelle fine, de l’échelle du pli et de l’échelle de la structure de manière adaptée au cours des itérations, et ainsi d’assurer l’efficacité de la méthode proposée, en termes de taux de convergence et d’aptitude à la parallélisation. Cette stratégie est ensuite aménagée pour résoudre les difficultés liées aux non-linéarités fortement localisées et aux éventuelles instabilités engendrées par le comportement adoucissant du matériau simulé.

Composite laminates are widely used by the industrialists, as they enable an optimization of the dimensions of structures, which results in a global drop of energetic costs. Nevertheless, performing predictive simulations of the global behavior and the degradation processes of the laminates requires a very fine description of the material. In particular the cohesive zones models have demonstrated their ability to predict the debonding of laminates. In order to perform the simulation of the debonding in industrialist’s structures described by such models, a three-scale domain decomposition method is used to solve, at each time step of the time integration scheme, the non-linear global equilibrium problem. The introduction of three levels of resolution is the key point of the strategy, as it enables to deal specifically with the informations at the fine scale, the scale of the ply and the scale of the structure through the iterative process. This method is then adapted to handle efficiently the sharp non-linearities caused by the smoothing behavior of the material, which are confined in very small zones and may result in global instabilities.