Analyse du comportement mécanique des assemblages boulonnés composites à renforts tissés (Mechanical behavior investigation of woven composite bolted joints) Aldebert, Grégory 2013-07-12 Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Huet, Jacques; Lachaud, Frédéric Laboratoire :  Institut Clément Ader -ICA Ecole doctorale :  Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés -MEGeP Classification : Physique

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Assemblages boulonnés, Composites carbone-époxy tissés, Matage, Modélisation numérique Résumé : Les structures composites sont de plus en plus présentes dans le domaine aéronautique. Pour certaines pièces de forme complexe, les composites à renforts tissés s'avèrent être plus adaptés, car ces derniers offrent une meilleure drapabilité. Lors de la construction des aéronefs, les structures sont généralement assemblées par des fixations mécaniques. L'étude des assemblages boulonnés est donc une étape essentielle dans le dimensionnement des structures aéronautiques. Dans ce travail de thèse effectué au sein de l'ICA en collaboration avec l'industriel Aircelle, une étude du comportement des assemblages boulonnés composites à renforts tissés (carbone-époxy G803/914 satin 5) a été menée. L'objectif a été d'aider à la compréhension des mécanismes d'endommagement et des mécanismes de ruptures des assemblages. Une campagne expérimentale visant à identifier le comportement mécanique (du pli et des interfaces) du matériau de l'étude a été réalisée. Trois lois génériques de comportement endommageable du matériau à l'échelle du pli et une loi d'interface ont été identifiées à partir de ces essais afin d'alimenter les modèles d'assemblages. La thèse décrit la cinétique d'endommagement par matage, analysée à partir d'une série d'essais sur des éprouvettes de complexité croissante. Des éprouvettes destinées à réaliser un matage pur ont permis de mettre en évidence la cinétique d'endommagement du composite tissé (cinétique uniquement étudiée sur les UD dans la littérature) pour différentes stratifications. Une modélisation EF non-linéaire implicite à l'échelle du pli (échelle méso) et à l'échelle de la mèche (méso-micro) a été développée dans le but simuler les mécanismes endommagement par matage observés. Le travail effectué sur des assemblages boulonnés en "double-cisaillement" et "simple-cisaillement" a mis en évidence l'influence de paramètres géométriques et technologiques sur le mode de rupture au niveau d'une fixation. Plusieurs modèles numériques associés (basés sur les lois identifiées) ont été réalisés afin de tester leur capacité à reproduire les essais, les résultats sont analysés et discutés. De bons résultats ont été obtenus et des pistes d'améliorations expérimentales et numériques sont proposées. Résumé (anglais) : Composite structures are increasingly present in the aeronautical field. For some complex parts, woven composites appear to be more suitable because of their better draping properties. For aircraft manufacturing, structures are generally assembled by mechanical fasteners. So, studying bolted joints is an essential step for the design of aircraft structures. In this study, done in the ICA in collaboration with the industrial Aircelle, research on woven composites bolted joints (carbon-epoxy 5 harness G803/914) were conducted. The aim of the study was to get a better understanding of damage and failure mechanisms of composite fasteners. A series of tests were conducted (layers and interface) to identify the mechanical behavior of the studied materials. Three damageable material laws (layer scale) were used and identified from those tests to supply numerical models. The present work describes the bearing damage kinetics, analyzed from different specimens with increasing complexity. Some specimens were designed to achieve a pure bearing, highlighting the several kinetics damages of woven composites (kinetics were only studied on unidirectional composites in the literature). Non-linear finite element models (layer scale and yarn scale) were also developed. A series of tests conducted on "double-shear" and "single-shear" composite bolted joints showed the influence of geometrical and technological parameters on the failure mode. Several associated numerical models (based on the identified laws) were performed to test their ability to reproduce the tests, results are analyzed and discussed. Good results were obtained and propositions of experimental and numerical improvements are suggested. Langue : Français

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