Understanding the impact behavior and long-term durability of marine composites for propellers - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Understanding the impact behavior and long-term durability of marine composites for propellers

Compréhension du comportement au choc et durabilité sur le long terme d’un composite pour des hélices de propulsion navale

Alban Robin
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1337097
  • IdRef : 273071211

Résumé

Because of their specific mechanical properties, composite materials are increasingly used in marine environment. A recent application is the propeller blade. Compared to historical materials, composites allow the optimization of shapes and local stiffnesses of the blades, in order to optimize their hydrodynamic performance. In this PhD work, the durability of a Carbon/Epoxy composite has been studied, with the aim to predict the long-term behavior of the composite. Three conditions were examined; unaged, physically aged and seawater saturated. First, quasi-static mechanical properties have been characterized during an extensive campaign of experiments. Mechanical properties obtained were used to simulate the mechanical behavior of a coupon submitted to a complex loading. Then, out-of-plane impact tests have been performed. Measurements obtained have been compared to a finite elemento model. The model was based on shell elements, with the Hashin criterion to predict the ply failure. The dataset obtained experimentally during the quasi-static campaign was used as input data. Finally, non-standard impact tests have been performed. The aim was to perform impact tests on coupon geometries that are closer to a real blade. These preliminary tests allowed the effect of seawater aging on both the impact behavior and also the post-impact strength to be quantified.
De par leurs propriétés mécaniques spécifiques, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés en milieu marin. Une application nouvelle est l’hélice de propulsion. Comparés aux matériaux métalliques historiques, les composites permettent d’optimiser les formes et raideurs des pales, pour optimiser leurs performances hydrodynamiques. Dans ce travail de thèse, la durabilité d’un composite C/Epoxy a été étudiée. Cette étude vise à prédire le comportement sur le long–terme du composite selon un état non vieilli, un état vieilli physiquement et un état saturé en eau de mer. Tout d’abord, les propriétés quasi–statiques du composite ont été caractérisées. Les données obtenues ont permis de simuler numériquement le comportement d’une éprouvette soumise à un chargement complexe. Ensuite, des essais d’impacts hors–plan ont été réalisés. Les mesures effectuées ont été comparées à un modèle éléments finis développé avec des éléments de type coque, ainsi qu’avec le critère d’Hashin pour prédire la rupture des plis. Ce modèle a été alimenté par les propriétés mécaniques du matériau, obtenues à partir des essais quasi–statiques. Enfin, des essais d’impacts non normés ont été réalisés dans le but de réaliser des essais sur des éprouvettes plus proches d’une géométrie d’hélice. Cet essais, préliminaires, ont permis de mettre en avant le caractère nocif de l’eau de mer sur le comportement à l’impact, ainsi que la perte de propriétés résiduelles post–impact.
Fichier principal
Vignette du fichier
These-2023-SML-Mecanique_genie_mecanique_mecanique_des_fluides_et_energetique-ROBIN_Alban.pdf (13.7 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04401000 , version 1 (17-01-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04401000 , version 1

Citer

Alban Robin. Understanding the impact behavior and long-term durability of marine composites for propellers. Mechanical engineering [physics.class-ph]. Université de Bretagne occidentale - Brest, 2023. English. ⟨NNT : 2023BRES0032⟩. ⟨tel-04401000⟩
159 Consultations
86 Téléchargements

Partager

More