Fissuration des matériaux composites : rôle de l'interface fibre/matrice - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Fracture of composite materials: role of fibre/matrix interface

Fissuration des matériaux composites : rôle de l'interface fibre/matrice

Résumé

This study is devoted to improve the fracture resistance of composites materials. More preciselly, we analyse the role of the fibre/matrix interface on the thoughness of ceramic matrix composite materials reinforced by silicon carbide long fibres (SiC/SiC). Cohesive zone models, including frictional contact, are used as debonding interface models as well as fracture models for bulk materials. The stability of solids with interfaces is analyzed in details and two regularizations of jump solutions are investigated : a rate-dependant cohesive zone model and a dynamical formulation. We consider the problem of the interaction between a matrix crack and a row of fibres. The simulation of this problem is carried out by extending the interface model of Raous, Cangémi and Cocu to a 3D-dynamical formulation. The optimization of the SiC/SiC composite material is obtained, firstly, by identifying the mechanical properties of the fibre/matrix interface on a micro-indentation experiment (push-in), and, secondly, by using these properties to simulate the 3D-fracture of this material. The competition between brid- ging and trapping of a matrix crack by a row of fibres is studied. An optimum design of the fibre/matrix interface is given.
Ce travail concerne le développement de lois de comportement d’interface, cou- plant ici adhérence, frottement et contact unilatéral, et leurs extensions comme modèles de fissuration 3D pour les matériaux multiphases. L’amélioration de la résistance à la fissuration des matériaux composites est étudiée au travers de ces modèles. Plus précisément, il s’agit de déterminer le rôle de l’interface fibre/matrice dans la fissuration des composites unidirec- tionnels à matrice céramique et à fibres longues de carbure de silicium (SiC/SiC). Le modèle adhésif/frottant de Raous, Cangémi et Cocu (modèle de zone cohésive couplant adhérence, frottement et contact unilatéral), avec quelques variantes, est appliqué à la fissuration volu- mique des matériaux (fibre et matrice), ainsi qu’à celle de l’interface. Sur le plan mathématique, l’analyse des solides cohésifs révèle la possibilité de décohésions interfaciales instables (sauts de solution) : deux façons de régulariser ces problèmes sont présentées. L’interaction d’une fissure matricielle et d’une interface fibre/matrice est étudiée. Pour traiter ce problème forte- ment tridimensionnel, un outil de fissuration 3D dynamique en présence de contact frottant est développé. L’optimisation du composite SiC/SiC est conduite en deux temps : (1) identifica- tion des propriétés mécaniques de l’interface fibre/matrice sur une simulation d’expérience de micro-indentation, (2) utilisation des propriétés identifiées pour l’analyse de la fissuration du composite. La compétition entre les mécanismes de pontage et de piégeage des fissures matri- cielles par les fibres et la rupture des fibres est abordée. Des recommandations aux élaborateurs de matériaux composites sont formulées (énergie de décohésion, épaisseur des interphases, ...).
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  • HAL Id : tel-01814255 , version 1

Citer

Yann Monerie. Fissuration des matériaux composites : rôle de l'interface fibre/matrice. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. UNIVERSITE AIX-MARSEILLE II, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01814255⟩
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