Contribution au développement d’un protocole d’aide à la prédiction de la résistance en compression de structures composites à fibres de carbone hautes performances contenant des défauts et soumises à des cas de chargement statiques et cycliques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Contribution to the development of a protocol to assist in the prediction of the compressive strength of high-performance carbon fibers composite structures with defects and under static and cyclic loading conditions

Contribution au développement d’un protocole d’aide à la prédiction de la résistance en compression de structures composites à fibres de carbone hautes performances contenant des défauts et soumises à des cas de chargement statiques et cycliques

Adrien Launay
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1382068
  • IdRef : 277526787

Résumé

GSea Design office designs racing yachts, manufactured with carbon fibres and epoxy resin composite materials. The compressive strength of these materials is lower than the tensile strength and is therefore a major issue in the design process. The research work presented in here focuses on the understanding of the mechanism of failure in compression, the prediction of this strength and the evaluation of the influence of porosity defects on it, as well as on the evolution of this prediction as a function of the number of loading/unloading cycles on the structure. Firstly, the predictions of compressive strength provided by an analytical model from the literature are compared with a large panel of different fibres/matrix pairs, through an experimental campaign. This comparison has highlighted the inability of the analytical model to predict the strength of materials containing high modulus carbon fibres. The analysis of the experimental results led to suggest a modification of the analytical model to significantly improve its predictions. This progress allowed the development of a protocol for predicting the compressive strength based on a numerical model at the micromechanical scale. This design tool enables to predict the compressive strength of structures containing defects (fibre waviness, voids, etc.) as well as their service life.
Le bureau d’études GSea Design dimensionne, entre autres, des voiliers de course au large, fabriqués à partir de matériaux composites constitués de fibres de carbone et de résine époxy. La résistance en compression de ces matériaux est inférieure à celle en traction, elle constitue donc un enjeu majeur lors du dimensionnement. Les travaux présentés se sont intéressés à la compréhension du mécanisme de rupture en compression, à la prédiction de cette résistance et à l’évaluation de l’influence de défauts de porosité sur celle-ci, ainsi qu’à l’évolution de cette prédiction en fonction du nombre de cycles de chargement/déchargement vus par la structure. D’abord, les prédictions de résistance en compression obtenues par un modèle analytique issu de la littérature sont confrontées à un large panel de couples fibres/matrice, au travers d’une campagne expérimentale. Cette confrontation a permis de mettre en exergue l’incapacité du modèle analytique à prédire la résistance des matériaux à fibres de carbone haut module. L’analyse des résultats expérimentaux a conduit à proposer une modification du modèle analytique afin d’en améliorer sensiblement les prédictions. Cette avancée a permis le développement d’un protocole de prédiction de la résistance en compression s’appuyant sur un modèle numérique à l’échelle micromécanique. Cet outil d’aide au dimensionnement permet de prédire la résistance en compression de structures contenant des défauts (ondulation de fibres, porosité, etc.) mais également leurs durées de vie.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04573913 , version 1 (13-05-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04573913 , version 1

Citer

Adrien Launay. Contribution au développement d’un protocole d’aide à la prédiction de la résistance en compression de structures composites à fibres de carbone hautes performances contenant des défauts et soumises à des cas de chargement statiques et cycliques. Matériaux. Université de Bretagne Sud, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORIS601⟩. ⟨tel-04573913⟩
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