Résumé de la thèse :
Ce travail consiste à une étude expérimentale et numérique du comportement et de la résistance de matériaux composites stratifiés soumis à un impact faible vitesse/faible énergie. L’objectif principal porte sur le développement d’un modèle robuste capable de prévoir la réponse de composites stratifiés en statique et dynamique, en se basant sur des observations expérimentales précises. Des essais d’impacts ont été réalisés au moyen d’une tour de chute instrumentée par caméras rapide pour suivre l’évolution des endommagements en temps réel. L’étude éléments finis 3D d’impact en dynamique explicit permet de juger de l’applicabilité des critères de rupture et des méthodes d’évolution des dommages. Divers modèles d'endommagement progressif sont mis en œuvre pour prédire l'initiation et l'accumulation des dommages dans un stratifié composite NCF. Des éléments cohésifs sont également insérés entre les plis adjacents pour rendre compte de la délamination entre plis. Dans un deuxième temps, le modèle a été valider pour la simulation de manière fiable l’évolution des mécanismes jusqu’à la rupture, dans des situations de chargement quasi-statique. Dans ce cas, le composite NCF est modélisé à l’aide d’un modèle unitaire constitutif à l’échelle méso, et présentant des régions idéalisées de la matrice polymère et des mèches imprégnés. Le modèle unitaire idéalisé est défini sur la base de données provenant d’analyse d’image. La méthodologie proposée est générique, elle utilise une représentation par éléments 3D de la pièce pour l’analyse globale, ainsi que la non-linéarité de la matrice et la réponse local à l’endommagement.
Abstract :
This work consists of an experimental and numerical study of the behavior and strength of laminated composites subjected to a low velocity/low energy impact. The main objective is to develop a robust model capable of predicting the static and dynamic response of laminated composites, based on accurate experimental observations. Impact tests have been performed using a drop tower instrumented with high-speed cameras to monitor the evolution of damage in real time. The 3D finite element study of impact in explicit dynamics allows to judge the applicability of the failure criteria and the damage evolution methods. Various progressive damage models are implemented to predict the initiation and accumulation of damage in an NCF composite laminate. Cohesive elements are also inserted between adjacent plies to account for inter-ply delamination. In a second step, the model has been validated to reliably simulate the evolution of the mechanisms until failure, under quasi-static loading situations. In this case, the NCF composite is modeled using a unitary constitutive model at mesoscale, and presenting idealized regions of the polymer matrix and impregnated wicks. The idealized unitary model is defined on the basis of data from image analysis. The proposed methodology is generic, using a 3D elemental representation of the part for the global analysis, as well as the non-linearity of the matrix and the local response to the damage.