Analyse numérique et expérimentale de plaques carbone époxy incluant une couche viscoélastique

Numerical and experimental analysis of carbon epoxy plates embbeded with a viscoelastic layer

• Auteur / Autrice : Rémy Mateu pastor
• Direction : Hervé Le Sourne, Patrice Cartraud, Eric Le Gal La Salle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : El Mostafa Daya
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Le Sourne, Patrice Cartraud, Eric Le Gal La Salle, El Mostafa Daya, Noureddine Bouhaddi, Jean-Baptiste Casimir, Laëtitia Duigou-Kersulec, Jean-Christophe Petiteau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noureddine Bouhaddi, Jean-Baptiste Casimir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Composites

Matériaux viscoélastiques

Mots clés libres

Composites amortissants

Caractérisation expérimentale

Modélisation éléments finis

Analyse de réponse fréquentielle

Matériaux viscoélastiques

Damping composites

Experimental characterisation

FEM

Frequency response analysis

Damping materials

Résumé

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent à optimiser la réponse vibratoire d’une plaque carbone-époxy en y insérant une couche viscoélastique. La particularité des plaques étudiées est la présence de trous dans la couche d’élastomère insérée au centre du stratifié. Durant l’étape de cuisson, la résine de pré-imprégné s’écoule dans les trous, créant ainsi des ponts entre les peaux inférieure et supérieure du sandwich composite. Les travaux comportent une partie expérimentale avec une caractérisation des matériaux constituant le sandwich : le carbone époxy et l’élastomère DYAD601. Des essais DMA sont réalisés dans un premier temps afin de mesurer l’évolution fréquentielle des caractéristiques viscoélastiques de ce dernier. Dans un second temps, des essais de flexion quasi-statique et de réponse en fréquence sont réalisés sur des plaques monolithiques et sandwichs, avec ou sans ponts. Tous ces résultats expérimentaux permettent de recaler des modèles de calcul par éléments finis mis au point également dans le cadre de ce travail. Le comportement incompressible du DYAD601 y est modélisé en associant un modèle viscoélastique à une loi hyperélastique Néo Hookéen. Des simulations numériques sont alors menées pour étudier l’influence de la taille, de la surface et de la localisation des ponts, en s’appuyant sur un plan d’expérience. Une loi polynomiale est identifiée et permet de prédire l’influence de différents paramètres sur l’amortissement et la raideur des plaques. Pour terminer, on identifie les configurations de ponts permettant de maximiser l’amortissement de la plaque tout en conservant au moins 50% de la raideur d’un stratifié carbone-époxy.

The research work presented in this Thesis aimed to optimize the frequency response of a carbon-epoxy plate including frequency-dependent interleaved viscoelastic layer. The feature of this work was that holes were created in the viscoelastic layer. During co curing process, the resin will flow into the holes creating bridges between the plate composite skins layers. One part of the research consisted in a experimental characterization of the composite carbon-epoxy material and viscoelastic DYAD601 material. Firstly, DMA tests were managed to characterize the frequency-dependent properties of DYAD601. Secondly, quasi-static 3 points bending tests and frequency response tests were realized on monilithic plates and sandwich plates with and without bridges. These tests allow to verify and tune finite element model of the corresponding plates also developed in this work. Incompressible behavior of the DYAD601 was modeled mixing a viscoelastic law and a hyperelastic Neo Heokean law. Numerical analysis on the influence of the bridges diameter, bridges surface and bridges location were managed using a design of experiments (DOE). A polynomial law was defined and used to predict the influence of parameters on plates damping and stiffness. Finally, the optimized configuration was investigated in order to maximize the damping and keep a minimum of 50% of the carbon-epoxy plate stiffness