Cette thèse présente un nouveau modèle de comportement pour les composites stratifiés à renforts tissés et aborde certaines lacunes identifiées dans les lois de comportement s’appliquant aux composites. Cette nouvelle loi de comportement combine la facilité d’utilisation du modèle Matzenmiller-Lubliner-Taylor (MLT)
avec la robustesse du modèle de fissuration de Ba˘zant. Une interpolation des
propriétés des matériaux est utilisée pour permettre l’évaluation de paramètres
à haute vitesse de chargement. La nouvelle loi de comportement est employée en
combinaison avec une approche de coques empilées pour permettre la simulation
de l’endommagement par délamination. Cette loi de comportement pour stratifiés
et le type de discrétisation utilisé permettent la simulation d’impacts à haute
vitesse menant à la perforation de la cible.
Afin de valider la nouvelle loi de comportement, une série de tests d’impact est
effectuée sur trois différents matériaux composites tissés. Un projectile allongé
est utilisé afin d’enregistrer la décélération du projectile lors de l’impact. Les
cibles composites sont ensuite inspectées par ultrasons pour quantifier l’endom-
magement par délamination produit lors de l’impact. Des sections transversales
des points d’impact sont inspectées visuellement afin de quantifier les types de
rupture dans le stratifié.
Des simulations numériques sont ensuite effectuées à l’aide de trois différents
types de loi de comportement et différentesméthodes de discrétisation. Le résultat
de ces simulations numériques est comparé auxmesures expérimentales. La nou-
velle loi de comportement permet une estimation adéquate de l’endommagement
des stratifiés et de l’étendue de la délamination ainsi qu’une réduction importante
de la sensibilité de la réponse à la taille dumaillage. Certains thèmes nécessitant
une recherche plus approfondie sont identifiés dans le but de faciliter la simula-
tion d’impacts sur des structures composites en milieu industriel. / This thesis presents a new lamina material model that addresses shortfalls identified in advanced material models for use in composite impact predictions. The new model combines the ease of use of the Matzenmiller-Lubliner-Taylor model
with the robustness of the Ba˘zant crack band method. A material model inter-
polation scheme is also presented to allow for the simulation of high strain rate
loading events with the new lamina material model. The proposed lamina model
is implemented in a commercial Finite Element Method (FEM) code and used in
combination with a stack shell approach using cohesive zone elements to predict
delamination damage. The proposed material model and chosen discretization
enable for the prediction of high velocity through thickness impacts, which lead
to the perforation of the targets.
To validate the newmaterialmodel, experimental tests are performed on three
woven composite materials. These tests consist in perpendicular impacts on Car-
bon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) panels using an elongated aluminium im-
pactor. The elongated projectile is required to record the projectiles’ deceleration
histories during the impact event. Postmortem inspections of the panels are also
undertaken to quantify the damage sustained by the CFRP targets. Projected
delamination areas are quantified through C-Scan inspection of the targets, fol-
lowed by visual inspection of the impact sites’ cross sections.
Numerical simulations are next carried out using different in-plane and out-
of-plane discretization approaches. Three material formulations are also investi-
gated: brittle, the proposed model and the proposed model with high strain rate
parameters. The results of these simulations are compared to the results obtained
experimentally. The new model is found to predict reasonably well the damage
encountered in the experimental test and to greatly diminish the mesh size sen-
sitivity of the FEM approach. Areas requiring further attention are identified to
further move composite material failure prediction from laboratory to industrial
applications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QQLA.2010/27449 |
| Date | 12 1900 |
| Creators | Gauthier, Louis |
| Contributors | Gakwaya, Augustin, Nandlall, Dennis |
| Publisher | Université Laval |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | French |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Rights | © Louis Gauthier, 2010 |
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