Modelling of the crash behaviour and rupture of continues fibers reinforced thermoplastic composites

Contraint de respecter les réglementations environnementales concernant les émissions de CO2, les industriels du secteur automobile se doivent de lever certains verrous technologiques associés à l’allègement des structures au sein de leur véhicule. L’introduction des matériaux composites dans le développement et la production de pièces structurantes est envisagée comme étant une des solutions les plus efficaces à moyen et long terme. L’optimisation des coûts matière, caractéristique de cette industrie de masse, nécessite de maîtriser le comportement physique de matériaux composites à matrice thermoplastique et à fibres de verre continues tissées. En termes de coût et de variétés d’applications, ces derniers sont considérés aujourd’hui comme une alternative pertinente aux onéreux composites utilisés dans l’aéronautique. Un renfort de porte pour crash latéral a été ainsi développé et les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution à la compréhension, la caractérisation et à la prédiction numérique du comportement jusqu’à rupture de cette pièce, qui lors d’un crash est soumise à de forts gradients de vitesses. Au regard de l’absence de normalisation ou de consensus liés aux essais dynamiques sur matériaux composites, nous proposons une procédure expérimentale robuste, garantissant la représentativité de la caractérisation du comportement sur un spectre de vitesses quasi-statiques et dynamiques. La validation des étapes de la procédure et l’utilisation d’un montage d’essais dynamiques développé dans ces travaux permettent d’aboutir à une base de données riche, et utile à une procédure d’identification des paramètres d’un modèle phénoménologique prenant en compte l’influence de la vitesse sur l’évolution des phénomènes dissipatifs jusqu’à rupture. Fort d’une identification majoritairement directe, la précision de la réponse numérique issue de la loi de comportement identifiée est évaluée et validée à l’aide de calculs de structures faisant intervenir d’importants gradients matériels et structurels.Car manufacturers are looking for solutions to lighten their vehicles in order to meet pollutant emission requirements – for thermal engines – or to extend their range – for electric vehicles. Composite materials, among other solutions, offer excellent strength and durability. However increased per unit cost and manufacturing time are among the main drawbacks material producers have to overcome in order to make composite solutions viable for mass-market production. In that prospect, woven glass fibers and thermoplastic matrices respectively are more serious contenders than aeronautic-grade composites. The objective application is a door reinforcement module, whose main function is to act as a safety net, adding its own stiffness and strength to that of the steel door and preventing any foreign object from entering the passenger compartment. A main preoccupation is therefore the constitutive behavior of that material under strain rates varying from 10-3 s-1 to approximately 50 s-1. The study objective is to develop a physically-based constitutive law modelling in order to take into account strain-rate sensitivity on behavior. A new and consistent experimental procedure aiming at capturing the influence of speed solicitation on non-linear internal mechanisms is developed and allows identifying non-linear constitutive law parameters over a wide range of strain rates until failure. Resulting mainly from direct evaluations and direct identification procedure, the accuracy of the implemented constitutive law is guaranteed through numerical computations involving effects of material and structural heterogeneities