Conception et validation de composites stratifiés découplés pour l’évaluation de la résistance au délaminage

Abstract

Le sujet de cette étude est le développement de séquences d’empilement pour la conception d'éprouvettes multidirectionnelles en matériaux composite à matrice polymère destinées à des essais de délaminage.Ces séquences permettent d’obtenir des éprouvettes multidirectionnelles qui, dans le cadre de la théorie classique des stratifiés, montrent un comportement thermoélastique qui reproduit celui des composites unidirectionnels : elles sont complètement libres de tout type de couplage élastique et ils ne développent pas des déformations résiduelles dues au cycle de cuisson.Par ailleurs, ces empilements permettent de tester n’importe quelle interface de délaminage.La conception de ces empilements est basée sur les solutions Quasi-Triviales (QT).Un algorithme pour la création d’une base de données de ces solutions a été conçu et implémenté.Grace à cela, un nombre plus grand de solutions QT et des solutions QT avec un nombre plus grand de plis que dans des études précédentes ont été trouvées.Ensuite, des critères analytiques permettant d’obtenir de nouvelles solutions à partir de la superposition des solutions connues ont été établis.Ces critères permettent d’obtenir des séquences QT avec n’importe quel nombre de couches.En combinant les solutions QT, les principes usuels de conception des stratifiés et les critères de superposition, les séquences d’empilement Fully-Uncoupled Multi-Directional (FUMD) ont été obtenues.Pour évaluer les propriétés des éprouvettes de délaminage obtenues avec ces séquences, un modèle Éléments Finis d’une éprouvette Double Cantilever Beam (DCB) a été développé pour comparer le comportement d’une séquence FUMD à celui d’autres séquences proposées dans la littérature pour les essais de délaminage.En utilisant la méthode de refermeture (Virtual Crack Closure) dans ses formulations originale et révisée, les distributions du taux de restitution d’énergie (Energy Release Rate) et ses partitions modales ont été évaluées.La séquence FUMD démontre les meilleurs résultats.Finalement, une campagne expérimentale de caractérisation du délaminage en mode I a été menée.Des éprouvettes DCB avec des séquences FUMD ont été conçues et fabriquées.Des plis tissés déséquilibrés ont été utilisés pour réduire la probabilité de changement de plan de délaminage.Les rotations des bras des éprouvettes et la forme du front du délaminage ont été étudiés pour évaluer la capacité des éprouvettes à garantir un comportement mécanique optimal lors du test de délaminage en mode I.Les résultats obtenus avec les éprouvettes FUMD sont proches de ceux obtenus avec les éprouvettes unidirectionnelles.En ce qui concerne l'énergie de rupture, les éprouvettes ayant la même interface de délaminage ont montré des valeurs très proches, même si leur rigidité était sensiblement différente.Par ailleurs, la caractérisation d'interfaces différentes a abouti à des énergies de rupture différentes, résultants des modes de ruptures non identiques.Ce travail ne représente qu'une étude préliminaire et des recherches complémentaires sont nécessaires.Néanmoins les éprouvettes de délaminage FUMD ont démontré un bon potentiel, et sont intéressantes pour les essais de délaminage.