Experimental characterisation and numerical modelling of the assembly of welded thermoplastic composite structures' behaviour from quasi-static to dynamic
Caractérisation expérimentale et modélisation numérique du comportement de l’assemblage de structures composites thermoplastiques soudées de la quasi-statique à la dynamique
Résumé
Thermoplastic composites utilisation isincreasing in the transport industry. Welding is afast joining method for these materials, creatingcontinuity between the assembled parts and offeringhigh mechanical strength. However, its applicationto transport structures can raise questionsdue to the dynamic loading that may occurand the strain rate sensitivity of various thermoplasticmatrices. Despite the extensive literatureon composite welding, no studies have beenfound on the strain rate sensitivity of welds. Thisthesis aims to study the behaviour of a weldedcomposite (GF/PA66 fabric) for quasi-static anddynamic loadings from an experimental pointof view and propose a numerical model of thewelded zone, including strain rate sensitivity.The methodology is based on an accurateknowledge of the substrates’ behaviour for anextensive strain rate range, both experimentallyand numerically. The welded composite time dependencyis investigated from quasi-static untilmoderate loading speeds using tensile testson lap joint specimens. The strain rate dependenceof the weld is difficult to quantify experimentallysince the sample behaviour combinesthe behaviours of the weld and the substrates.Therefore, a numerical uncoupling is achievedusing a viscous elastoplastic damage model forthe substrates and a traction separation law forthe weld (cohesive elements). The cohesive lawis identified in quasi-static and then applied todynamic tests. The final model, which may includeviscosity, is validated from quasi-static todynamic, allowing conclusions on whether or notviscous functions are necessary to describe thebehaviour of the welds.
Le recours aux composites thermoplastiquesest grandissant dans l’industrie destransports. Le soudage se distingue comme uneméthode d’assemblage rapide pour ces matériaux,créant une continuité entre les pièces assembléeset offrant une tenue mécanique élevée.Son application aux structures dans le secteurdes transports peut néanmoins poser des questionsquant aux chargements dynamiques combinésà la sensibilité à la vitesse de déformationde diverses matrices thermoplastiques. Malgrél’étendu de la littérature sur le soudage de composites,aucune étude sur la sensibilité à la vitessede déformation n’a été trouvée. Les objectifsde cette thèse sont d’étudier le comportementd’un composite (GF/PA66 tissé) soudé pour deschargements quasi-statique et dynamique d’unpoint de vue expérimental et de proposer un modèlede comportement valide sur la plage de vitessesconsidérées.La méthode employée repose sur la connaissancedu comportement quasi-statique et dynamiquedes substrats, expérimentalement etnumériquement. L’influence de la vitesse de chargementsur le composite soudé est étudiée àl’aide d’essais de traction sur des éprouvettesde recouvrement, en quasi-statique et à vitessemodérées de chargement. L’influence de la vitessede déformation sur la soudure ne peutpas être tranchée expérimentalement, car lecomportement des éprouvettes mêle les comportementsde la soudure et des substrats.Ainsi, les comportements sont découplés numériquementen utilisant un modèle élasto-plastiqueendommageable visqueux pour le stratifié et uneloi de traction-séparation pour la soudure (élémentscohésifs). La loi cohésive est identifiée enquasi-statique puis appliquée aux essais dynamiques.Le modèle final, pouvant inclure de laviscosité, est validé de la quasi-statique à la dynamique,permettant de conclure sur la nécessitéou non d’inclure des fonctions de viscosité pourdécrire le comportement des soudures.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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