Analyse du délaminage par effet de bord en statique et en fatigue dans un composite stratifié

Résumé : 

Ce travail étudie l’initiation et la propagation du délaminage de bord libre dans un stratifié tissé équilibré carbone/PEEK actuellement utilisé par Airbus Helicopters, soumis à des chargements en traction statique et en fatigue. Des séquences d’empilement quasi isotropes présentant différentes orientations dans le plan sont conçues de manière à générer des combinaisons distinctes de contraintes interlaminaires normales et de cisaillement, et donc différents modes d’endommagement et de délaminage. Lors d’essais de traction sur éprouvettes non entaillées, ces configurations développent de fortes contraintes hors-plan au bord qui déclenchent le délaminage de bord libre.

Pour ce système tissé, le délaminage peut être confiné à une seule interface et suivi le long de la longueur de l’éprouvette à l’aide de corrélation d’images numériques 3D et d’un post-traitement dédié basé sur la déformation transverse. Cette configuration d’essai de traction, originale et relativement simple, permet un suivi de la propagation de fissure, en statique comme en fatigue, sans recourir à des éprouvettes de rupture spécifiques. Il est alors possible de quantifier l’influence de paramètres clés de fatigue – fréquence, rapport de charge R et séquence d’empilement / mode d’endommagement – sur le délaminage.

La base de données expérimentale, constituée d’essais de traction statique et de courbes S–N enrichies par des représentations de longueur de fissure en fonction du nombre de cycles, est utilisée pour calibrer et valider des simulations par éléments finis faisant appel à une modélisation par zones cohésives implémentée via des subroutines utilisateurs dans ABAQUS. Enfin, une interprétation physico-chimique complémentaire est explorée en adaptant un modèle coopératif temps–température au système de matrice en PEEK (le PEEK étant le constituant principal aux interfaces), permettant une meilleure compréhension des mécanismes agissant à l’échelle du polymère au sein de la matrice thermoplastique et, in fine, de les relier à l’approche mécanique et à la modélisation par zones cohésives. Ensemble, ces travaux expérimentaux et numériques fournissent un cadre complet pour évaluer la résistance au délaminage de stratifiés tissés de qualité aéronautique soumis à des conditions réalistes de fatigue en traction.

Jury:

• Pr. Jean-Pierre Habas – Université de Montpellier – Président
• Dr. Federica Daghia – ENS  Paris-Saclay (LMPS) – Rapporteure
• Pr. Philippe Olivier – Université Paul Sabatier Toulouse III – Rapporteur
• Pr. Albert Turon – Universitat de Girona – Examinateur
• Prem. Yves Rémond – Université de Strasbourg – Examinateur
• Dr. Alexandre Jouan – Safran Composites – Invité
• Pr. Christian Hochard – Directeur de thèse

La soutenance de thèse de Valentin Begin est prévue le 24 avril à 9h30 - amphithéâtre du LMA