Characterisation of the dynamic toughness of composite materials
Caractérisation de la décohésion dynamique des matériaux composites CMO
Résumé
Nowdays, laminate materials are used on transport field and especially in aeronautic field. These materials can be subjected to high velocity impacts. These impacts can lead to delamination which is a mecanism that can lead to he ruin of the structure. The critical energy release rate or fracture toughness is a quantity which caracterises the inter-laminar strength of these laminates. In this work, the goal is to determine the energy realease rate of a laminate material by using a microscopic approach. This approach is local at the scale of the resin. Some authors have used stress intensity factors to deermine fracture toughness. However, in many cases, there are dissipative mechanisms which change the beahviour of the material. In these cases, stress intensity factors are not enough to determine fracture toughness. To take care of these dissipative mechanisms, a more precise description at crack tip with the non singular terms T-stress and B-stress can be used. Theses non singular terms are extracted from the Williams series. Williams series are functions which represent the asymptotic displacement (or stress) field near the crack tip. A numerical approach has been developped to highlight the influence of these non-singular terms on the sample geometry and on the role of the interface neighboring plys on the resin. Once the sample was chosen by some simulations, An experimental investigation has been performed for quasi-static loading rates in order to compare test results with the numerical simulations.
Les matériaux composites sont utilisés de nos jours dans le domaine du transport et en particulier dans l'aéronautique. Ces matériaux peuvent être soumis à des impacts hautes vitesses. Ces impacts peuvent engendrer l'apparition du délaminage, mécanisme pouvant amener la ruine de la structure. Le taux de restitution d'énergie critique ou ténacité est une grandeur qui caractérise la résistance inter-laminaire de ces composites. Il est proposé dans ces travaux de caractériser cette grandeur pour un matériau composite en utilisant une approche microscopique, locale à l'échelle de la résine uniquement. La littérature a permis de mettre en évidence que la ténacité du matériau peut être déterminer via les facteurs d'intensité des contraintes. En présence de mécanismes dissipatifs en volume, les facteurs d'intensité des contraintes ne sont pas suffisant pour déterminer la ténacité du matériau. La prise en compte de ces mécanismes peut se faire avec une description enrichie en pointe de fissure en considérant le terme T-stress et le B-stress qui sont des termes non singuliers issus des séries de Williams. Les séries de Williams sont des fonctions qui représentent le champs asymptotique des déplacements (ou contraintes) en pointe de fissure. Une démarche numérique a été développée pour mettre en évidence l'influence de la géométrie de l'échantillon sur ces termes non singuliers d'une part et l'influence des plis voisins de l'interface sur la résine d'autre part. Les résultats de cette démarche numérique ont été comparés à des essais quasi-statiques pour une géométrie de type TDCB.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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