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Theses Year : 2011

Fatigue behaviour of thick composite structures

Comportement en fatigue de pièces épaisses en matériaux composites

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Abstract

Due to their specific mechanical properties composite materials have become an interesting alternative to metallic materials. Moreover, the use of well chosen lay-up allows to get mechanical properties convenient with the structure sollicitations. Finally, they are considered insensitive to fatigue. For these reasons, during the last years, the use of composite materials in aeronautical, shipbuilding or train industries significantly increased. In this study, we propose a modelisation of matrix cracking in composite materials subjected to quasi-static or cyclic loading. In a first time, the experimental analysis allows us to capitalize information to identify characteristics and parameters to be considered in modelling. Based on these results, we propose a modelling of matrix-cracking. We propose an fatigue damage evolution law that we implemented in the finite element code called ZeBuLoN. After identifying different model parameters from experimental results we propose an application of the model in the case of a structure to validate our model. For this, we developed a computational strategy based on the skip cycles method. Finally, we applied our model to the case of a perforated plate structure.
Grâce à leurs propriétés mécaniques spécifiques, les matériaux composites sont devenus une alternative intéressante aux matériaux métalliques. De plus, l'utilisation de stratifications judicieusement choisies permet d' obtenir des propriétés mécaniques adaptées aux sollicitations de la structure. Enfin ils sont considérés comme peu sensibles à la fatigue. C'est pour ces raisons que, au cours de ces dernières années, l'emploi des matériaux composites pour la réalisation de structures aéronautiques, navales ou ferroviaires c'est considérablement répandu. Nous proposons dans cette étude une modélisation de la fissuration intra-laminaire dans les composites stratifiés soumis à des sollicitations quasi-statiques ou cycliques. L'analyse expérimentale nous permet dans un premier temps de capitaliser les renseignements permettant de dégager les caractéristiques et paramètres à prendre en compte lors de la modélisation. Sur la base de ces résultats nous proposerons une modélisation de la fissuration intra-laminaire. Nous proposons une loi d'évolution de l'endommagement en fatigue que nous avons implémenté dans le code de calcul par éléments finis ZeBuLoN. Après avoir identifié les différents paramètres du modèle à partir des résultats expérimentaux nous proposerons une application du modèle au cas d'une structure afin de valider notre modèle. Pour cela, nous avons développé une stratégie de calcul basée sur la méthode des sauts de cycles. Notre modèle est finalement appliqué au cas d'une structure de type plaque trouée.
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Dates and versions

pastel-00677076 , version 1 (27-03-2012)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00677076 , version 1

Cite

Nicolas Revest. Comportement en fatigue de pièces épaisses en matériaux composites. Matériaux. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. Français. ⟨NNT : 2011ENMP0066⟩. ⟨pastel-00677076⟩
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