Aspects méthodologiques de la caractérisation en compression de composites à fibres longues

Abstract

Une conception robuste de nombreuses structures composites exige une connaissance fine de la résistance à la rupture en compression. Il est admis que cette rupture par micro-flambage plastique est pilotée par une instabilité structurelle. Les travaux menés depuis plusieurs décennies ont montré la difficulté à identifier expérimentalement l’ensemble des paramètres permettant de prédire ce mode de ruine. Ceci s’explique par la multitude des facteurs influents ainsi que la forte variabilité associée à ce mode de rupture. Un travail expérimental est associé à la mise en oeuvre de modèles dans le but d’analyser les essais menés puis de discuter le rôle de certains paramètres tels que le comportement de la matrice et l’ondulation des fibres. Deux séries d’essais sur des stratifiés composites carbone/époxy sont ainsi proposées afin d’identifier l’effet du gradient de déformations dans l’épaisseur. En premier lieu, des essais de flexion 4 points sur des éprouvettes sandwich dissymétriques sous différentes configurations, ont permis de solliciter une peau de composite mince avec un gradient faible. Pour les divers cas abordés, une rupture prématurée de l’éprouvette induite par un mode de rupture parasite est observée. Une confrontation essai calcul par éléments finis est présentée pour analyser l’origine à cette rupture précoce. Les résultats montrent une bonne corrélation entre les mesures expérimentales et les simulations numériques, ce qui permet de décrire le processus d’endommagement et de proposer des voies d’amélioration pour ce type d’essai. En second lieu, des essais de flexion permettant d’appliquer un couple pur sur une éprouvette monolithique ont permis d’identifier le comportement en compression en présence d’un gradient élevé. Par ailleurs, ces essais ont été réalisés à différentes températures afin d’isoler l’effet du comportement de la matrice sur la résistance en compression dans la direction des fibres. Les différents résultats expérimentaux ont été confrontés à des critères de ruptures proposés dans la littérature basés sur des approches micromécaniques. Pour cela, l’angle d’ondulation des fibres ainsi que le comportement en cisaillement du pli composite à différentes températures ont été identifiés. Puisque la température ne modifie ni la nature du renfort, ni son agencement au sein du composite, l’approche proposée permet de mieux appréhender le rôle du paramètre associé à l’angle d’ondulation initial des fibres qui est introduit dans différents critères de ruptures.