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Prédire la rupture des structures composites


Plusieurs méthodes sont disponibles pour simuler la rupture d’une structure composite stratifiée en analyse éléments finis.

Ruine du premier pli

L’approche la plus simple et la plus conservatrice consiste à augmenter le chargement jusqu’à ce qu’une rupture intervienne dans un des plis, et à s’arrêter là.

En réalité, la structure peut encore supporter des efforts après l’endommagement du premier pli : les autres plis continuent à travailler, et même le pli endommagé peut encore apporter une contribution.

Dégradation progressive

Des modèles éléments finis, dits « à dégradation progressive » permettent aujourd’hui de simuler ces phénomènes. Leur intérêt est réduire les marges de dimensionnement, et donc de concevoir une structure plus optimisée vis-à-vis du chargement.

Le dimensionnement en dégradation progressive est en revanche coûteux en temps de calcul, car il nécessite des itérations : lors qu’une rupture est identifiée dans un pli, ses propriétés mécaniques sont dégradées ou mises à zéro, et le champ de contrainte dans le stratifié est recalculé.

Si possible (avec un modèle plus complexe), la raideur de la structure est aussi réévaluée. Le chargement continue ensuite à augmenter jusqu’à la défaillance d’un nouveau pli, et la procédure se répète jusqu’à la rupture de tous les plis.

Différents modèles peuvent être utilisés pour représenter la dégradation des propriétés mécaniques des plis endommagés, en fonction de la nature du pli (unidirectionnel, tissu), et du mode de défaillance attendu (rupture des fibres, de la matrice ou de l’interface entre les deux).

Critères de rupture du pli et délaminage

Enfin, que la simulation s’arrête à la ruine du premier pli, ou poursuive plusieurs itérations, le critère de rupture le plus approprié doit être choisi pour identifier les plis endommagés (critères de Tsai-Hill, Tsai-Wu ou contrainte maximale par exemple). Une stratégie doit aussi être adoptée pour repérer les délaminages entre plis.

D’après Predicting Composite Failure : First Ply Failure or Progressive Failure ?, Shawn Wasserman, Engineering.com, 9 novembre 2015 – billet sponsorisé par Maya HTT

 

Pour en savoir plus : Modélisation du comportement des composites (3/3) : les critères de ruine, ressource publiée par Lionel Gendre et Frederica Daghia, le 21 mai 2013, sur le site Sciences de l’Ingénieur de l’ENS Cachan.

 

Crédit photo : Michael Bemmerl [CC BY 3.0 de], via Wikimedia Commons


A propos de Magalie Castaing

Après 10 ans d’ingénierie mécanique dans le secteur de la défense, j’ai créé une entreprise de développement web : Kasutan. Le Journal du composite est l’intersection de mes différents métiers : ingénierie, langues et internet.