Thèse soutenue

Modélisation de l'endommagement et de la rupture des matériaux composites tissés 3D appliquée aux chapes ceinturées
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Auteur / Autrice : Cécile Garcia
Direction : Rodrigue Desmorat
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des matériaux
Date : Soutenance le 10/10/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
Jury : Président / Présidente : Zoheir Aboura
Examinateurs / Examinatrices : Damien Halm, Christophe Bois, Frédéric Lachaud, François-Xavier Irisarri, Antoine Hurmane, Emmanuel Baranger, Sylvain Leclercq
Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Halm, Christophe Bois

Résumé

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L’enjeu de ces travaux de thèse est de proposer des outils à destination du bureau d’études Safran, pour le dimensionnement de chapes réalisées en matériau composite tissé 3D à matrice organique. L’arrachement du nez de chape par cisaillement, qui est le mode de ruine prédominant sur les chapes composites tissées 3D de par leur géométrie et l’absence de renfort à 45°, est particulièrement investigué. Une caractérisation expérimentale de ce mode de ruine est menée, mettant en évidence une rupture par fissurations matricielles le long des bandes de cisaillement. Le modèle ODM-CMO, déjà validé pour les modes de matage et de rupture en traction nette, est ici enrichi afin de bien décrire le scénario d’endommagement. Plus précisément, la loi d’évolution de l’endommagement matriciel est modifiée pour des niveaux de cisaillement élevés. Le modèle est validé au travers de comparaisons avec les résultats d’essais disponibles sur chapes.Par la suite, une solution innovante de chape basée sur le ceinturage de la pièce est examinée. L’objectif de cette solution de chape est d’orienter les renforts afin de s’affranchir du mode de ruine par cisaillement qui intervient prématurément. Ce concept induit des états de contraintes tridimensionnels complexes, faisant en particulier intervenir les composantes hors-plan du tenseur des contraintes. Les paramètres matériau hors-plan étant difficiles à identifier, une méthode d’identification par mesure de champs est proposée, implémentée, et appliquée au matériau d’intérêt à partir d’essais élémentaires. Un essai technologique multi-instrumenté original permettant de solliciter la ceinture en traction est proposé sur la base de simulations. Trois essais ont été réalisés. Conformément aux prévisions du modèle, les ceintures ont rompu en traction nette, témoignant ainsi d’une augmentation de performance vis-à-vis de la chape monolithique tissée étudiée en première partie.