Approches statistiques - probabilistes du comportement mécanique des composites à matrice céramique

Abstract

Statistical and probabilistic approaches to the mechanical behaviour of ceramic matrix composites, based on the description of the stochastic phenomena responsible for matrix fragmentation and ultimate failure, are developed. They were applied to unidirectional and woven SiC/SiC composites. They allow prevision of the mechanical behaviour and the ultimate failure both in tensile and in bending tests. The matrix cracking approach is based on the description of the distribution of the flaw populations controlling matrix cracking. In the unidirectional SiC/SiC composites, a single flaw population was sufficient to calculate the mechanical behaviour. For the woven SiC/SiC composites, three flaw populations are responsible for matrix cracking. A classification of failure features, based on the scale effect and the successive failure of specimen under tensile load, is proposed for the selection of the ultimate failure model (Weibull, Ergodic ...). Thus, the ergodic character of the failure of a SiC/SiC composite was shown using 3-point and 4-point bending tests.

Des approches statistiques-probabilites du comportement mécanique des composites à matrice céramique, fondées sur la description des phénomènes stochastiques à l'origine de la fragmentation matricielle et de la rupture ultime, ont été développées. Elles ont été appliquées à des composites unidirectionnels et tissés de type SiC/SiC. Elles ont permis de calculer le comportement mécanique et la rupture en traction et en flexion. L'approche de la fragmentation matricielle repose sur l'analyse des populations de défauts qui provoquent cette fragmentation. Dans le cas des composites unidirectionnels étudiés, une seule population est suffisante pour calculer le comportement. Pour les composites tissés étudiés, trois populations de défauts caractérisent le processus de fissuration. En ce qui concerne la rupture, une classification, fondée sur les effets de volumes et les ruptures successives d'éprouvettes en traction, permet de définir convenablement le choix du critère probabiliste de rupture (Weibull, Ergodique ...). Ainsi le caractère ergodique de la rupture d'un composite tissé SiC/SiC a été mis en évidence et vérifié sur des essais de flexion 3 points et 4 points