Étude de l'influence des fluctuations morphologiques microscopiques sur le comportement élastique transverse de composites unidirectionnels - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2019

Study of the influence of microscopic morphological fluctuations on thetransverse elastic behavior of unidirectional composites

Étude de l'influence des fluctuations morphologiques microscopiques sur le comportement élastique transverse de composites unidirectionnels

Résumé

This paper presents an enhanced micromechanical analytical model to predict the transverse elastic properties of unidirectionnal (UD) composite materials. Unlike the elastic longitudinal constants, the transverse effective properties does depend on the spatial fibre distribution. This model allows to take into account the effect of local morphological fluctuations, mainly induced by random fibre arrangements, on the effective transverse properties. For that purpose, a “n-phase” Generalized Self consistent Scheme (GSCS) has been extended by using a Morphologically Representative Pattern (MRP) approach. As an example, a two bi-phasic pattern-based model is combined with some recent data of the literature (ultrasonic methods) to explore the broad predictive ability of the model. A full range of fibre volume fractions with fibre packing effects can be covered by the proposed method. Analytical solutions based on two morphological parameters (to which is added the overall volume fraction of fibers) are provided to predict the transverse shear modulus and the transverse bulk modulus of any UD composite material. The two moduli are shown to be linked together. Very simple analytical calculations make possible parametric studies less expensive than numerical or experimental characterizations
Cet article présente un modèle analytique micromécanique amélioré permettant de prédire les propriétés élastiques transverses des matériaux composites unidirectionnels (UD). Contrairement aux propriétés longitudinales, les propriétés effectives transverses dépendent beaucoup de la répartition spatiale des fibres. Le modèle présenté ici permet de prendre en compte l’effet des fluctuations morphologiques locales, principalement induites par les distributions aléatoires des fibres,sur les propriétés transverses effectives. Pour cela, un modèle Auto-Cohérent Généralisée (ACG) “à n phases” a été étendu avec une approche par Motifs Morphologiques Représentatifs (MMR). À titre d’exemple d’application, un modèle à deux motifs de deux phases a été combiné à des données expérimentales de la littérature (méthodes par ultrasons) pour explorer la capacité prédictive globale du modèle. La méthode proposée couvre une gamme complète de fractions volumiques de fibres avec des fibres qui peuvent se regrouper. Des solutions analytiques basées sur deux paramètres morphologiques (qui s’ajoutent à la fraction volumique en fibres du composite) sont fournies pour prédire le module de cisaillement transverse et le module de compressibilité plan de tout matériau composite UD. Ces deux modules sont liés l’un à l’autre. Des calculs analytiques très simples rendent les études paramétriques possibles moins coûteuses que les caractérisations numériques ou expérimentales.
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Dates et versions

hal-02420775 , version 1 (20-12-2019)

Identifiants

  • HAL Id : hal-02420775 , version 1

Citer

Jennifer Blondel, Sébastien Joannès, Eveline Hervé-Luanco. Étude de l'influence des fluctuations morphologiques microscopiques sur le comportement élastique transverse de composites unidirectionnels. JNC 21 - 21èmes Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420775⟩
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