La tenue résiduelle à l'impact basse vitesse est un critère dimensionnant des structures composites minces pour l'aéronautique. La majorité des travaux réalisés jusqu'ici porte sur l'analyse du comportement en zone courante. Ce travail élargit le domaine d'étude aux zones de variation d'épaisseur. L'objectif est d'étudier la tolérance aux dommages d'impact d'un stratifié comportant une zone de reprise de plis (ZRP) dans le cadre d'un dialogue essai/ calcul, en menant en parallèle une campagne d'essais expérimentaux et l'adaptation d'un modèle numérique de l'endommagement des composites.Le volet expérimental étudie successivement l'impact, la compression et la fatigue à R=-l après impact (CAI et FAI) d'éprouvettes comportant une ZRP. L'analyse des essais d'impact a permis d'identifier la résistance à l'impact et le mécanisme d'endommagement des éprouvettes. Ensuite, un outillage d'essai adapté à la géométrie des éprouvettes a été conçu pour les essais de CAI et de FAI. Les essais de compression montrent une tenue résiduelle statique après impact similaire à celle des éprouvettes sans perte de plis. Les essais de fatigue menés à 60 070 de la tenue résiduelle statique montrent une propagation des délaminages d'impact (en dessous du BVID) qui mène à la rupture des éprouvettes pour un nombre de cycles relativement faible. Alors que la tolérance aux dommages d'impact des ZRP sous chargement statique est comparable à celle des zones courantes lisses, on constate une forte vulnérabilité de ces zones sous chargement de fatigue.Le volet numérique a permis de tester l'approche DPM (Discrete Ply Model), développé lors de travaux précédents, sur une configuration particulière. Un maillage spécifique a été réalisé pour tenir compte des discontinuités de la ZRP. Au niveau de la loi matériau, une formulation unifiée de la rupture de fibres en traction/compression a été implémentée. Les résultats de la simulation d'impact sont en bonne corrélation avec les données expérimentales. Le modèle est capable de prédire la réponse globale de l'éprouvette ainsi que l'étendu des dommages internes. La modélisation de la CAI a permis de confirmer les mécanismes de rupture identifiés lors des essais. Ces résultats numériques sont remarquables puisqu' aucune modélisation locale particulière n'a été faite pour les arrêts de plis. L'approche DPM s'est révélée suffisamment robuste et bien adaptée à la modélisation de l'endommagement des stratifiés unidirectionnels. / The residual strength after low velocity impact is a sizing criterion of thin composite structures in aeronautics. The majority of work on the subject is focused on the analysis of plain laminates. This study expands the field of interest to tapered area. The objective is to study the impact damage tolerance of a laminate with ply drop-off using an experiment/ modelling dialogue: on one hand carrying experimental test campaign and on other hand adapting numerical modelling of composite damage. The experimental part successively examines the impact, compression and fatigue R=-l after impact (CAI and FAI) of specimens with ply drop-off. Analysis of the impact results has enabled the identification of impact resistance and damage mechanism. Then, a testing tool for CAI and FAI was specially designed to suit the geometry of the specimens. Compression tests show a static residual strength after impact similar to plain laminates. Fatigue tests carried at 60% of CAI strength show a propagation of impact delamination (below B VID). Failure of specimens occurs after a relatively small number of cycles. While the impact damage tolerance of tapered laminates is comparable to plain laminates under static loading, high vulnerability is observed under fatigue loading. The numerical part allowed to test the Discrete Ply Model (DPM), developed in previous works, on a particular configuration. A specific meshing was realized to account for the discontinuities in the ply drop-off area. Regarding the material law, a unified formulation of the fiber breakage in tension/ compression is implemented. Impact simulation results correlated well with the experimental data. The model is able to predict the overall response of the specimen and internal damage. The modeling of the CAI enabled to confirm the failure mechanisms identified during tests. These numerical results are remarkable since no particular local modeling has been realized for the ply drop-off area. DPM approach has proven robust enough and well suited to damage modeling of unidirectional laminates.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2015ESAE0005 |
| Date | 30 April 2015 |
| Creators | Abdulhamid, Hakim |
| Contributors | Toulouse, ISAE, Bouvet, Christophe, Michel, Laurent |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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