Analyse et modélisation des chemins d'efforts et de la dégradation des assemblages de type HYPER joints

Abstract

Les structures doivent répondre à des cahiers des charges de plus en plus complexes. La réduction des coûts et de la masse est plus que jamais primordiale. L’optimisation des structures passe, notamment, par l’innovation des assemblages métal / composite. Ces travaux se concentrent sur une nouvelle technologie : les HYPER joints. Des picots sont fabriqués à la surface d’une pièce métallique par fabrication additive et insérés au sein de la pièce composite avant polymérisation. Dans une démarche d’industrialisation, le concepteur doit être en mesure de déterminer l’agencement adéquat des picots (en termes de nombres et de répartition) sur la surface de recouvrement pour assurer les fonctions mécaniques requises. L’objectif de la thèse est donc de proposer un modèle capable de prédire l’effort à rupture et le mode de défaillance associé. La construction de cet outil est réalisée au travers d’un dialogue essai / calcul. Un modèle par éléments finis est mis en place pour représenter les modes de défaillance observés expérimentalement : rupture des picots et rupture du composite par création et propagation d’un délaminage. L’analyse du mode de rupture du picot se fait en trois étapes : la caractérisation du matériau, l’analyse de la géométrie du picot et enfin la mise en place du modèle par éléments finis intégrant une loi élasto-plastique. Le mode de défaillance par délaminage est traité à l’aide d’une zone cohésive endommageable. Pour un chargement en arrachement, les propriétés d’interface, résistance et énergie de rupture, ont été identifiées à partir d’un modèle basé sur la mécanique linéaire de la rupture. Le domaine de validité du modèle est ensuite discuté à l’aide de deux configurations : un chargement en mode mixte combinant arrachement et cisaillement, et une configuration présentant une distribution d’effort complexe entre les picots. Pour finir, des outils de dimensionnement sont générés à l’aide du modèle par éléments finis. Ces outils se présentent sous la forme de courbes maitresses permettant de prédire le niveau de rupture et le mode de rupture en fonction de la densité et de l’agencement des picots.