Modélisation du comportement mécanique des composites a matrice céramique : développement du réseau de fissures - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Damage model for the mechanical behaviour of ceramic matrix composite materials : crack networks development

Modélisation du comportement mécanique des composites a matrice céramique : développement du réseau de fissures

Résumé

Ceramic matrix composite materials (CMC) are elaborated from fragile constituents. Their mechanical behaviour and crack growing depend on the properties of the CMC elementary constituent. Knowing the influence of these properties on crack development and mechanical behaviour provides support to the composite material designer.This work aims at modelling the crack networks development within the CMC under axial tension, at the yarn scale as well as at the woven composite scale. The proposed approach is an alternative to the main CMC behaviour models.At the yarn scale, matrix cracking with interfacial debonding between fiber and matrix first happen. Both mechanisms are analysed and their development are expressed. The mechanical behaviour resulting from damage and the crack opening displacement are also described using semi-analytical equations. Comparisons with numerical cohesive zone model and also with experimental testing shows good correlation between results.These semi-analytical expressions are then used for modelling damage within each yarns at the woven composite scale. In addition, a numerical tool is developed for matrix cracking and interfacial debonding between yarns of the woven composite.
Les matériaux composites à matrice céramique (CMC) sont élaborés à partir de constituants fragiles. Le comportement mécanique et le développement de la fissuration dépendent des propriétés des constituants élémentaires des CMC. La connaissance de l’influence de ces propriétés sur l’évolution de la fissuration et du comportement mécanique fournit une aide au concepteur de matériaux composites.L’objectif de ce travail est de modéliser l’évolution du réseau de fissures au sein du CMC sollicité en traction, à l’échelle du fil et à l’échelle du composite tissé. L’approche proposée est une alternative aux principaux modèles de comportement des CMC.A l’échelle du fil, l’endommagement intervient d’abord sous forme de fissures matricielles accompagnées de décohésions à l’interface fibre/matrice. Les analyses de ces deux mécanismes ont permis d’exprimer leur évolution au sein du fil en traction. Le comportement en traction résultant de l’endommagement et l’ouverture de la fissure matricielle sont aussi exprimés semi-analytiquement.Les comparaisons avec un modèle numérique de zones cohésives et avec les essais expérimentaux montrent une bonne corrélation des résultats.Enfin ces expressions à l’échelle du fil sont utilisées pour modéliser l’endommagement du fil longitudinal au sein du composite tissé en traction. De plus, un outil numérique est développé pour modéliser la fissuration matricielle inter-fil dans le composite tissé.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-01186644 , version 1 (25-08-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01186644 , version 1

Citer

Audrey Coradi. Modélisation du comportement mécanique des composites a matrice céramique : développement du réseau de fissures. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université de Bordeaux, 2014. Français. ⟨NNT : 2014BORD0267⟩. ⟨tel-01186644⟩
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