Modélisation de l'endommagement anisotrope des structures géométriquement non linéaires à paroi mince en matériaux composites (coques et plaques) (application au délaminage)

La conception des coques laminées exige une maîtrise de l analyse des structures stratifiées géométriquement non linéaires, non seulement dans le domaine élastique, mais aussi pour des lois de comportement tenant compte des différents modes d endommagement, en particulier le phénomène de délaminage. Ces dernières décennies, des progrès considérables ont été réalisés dans le domaine de la mécanique de l endommagement qui a atteint un stade de maturité lui permettant d être utilisée pour modéliser les dégradations des matériaux dans de nombreux domaines du Génie Mécanique. Ces progrès ont aboutit à la formulation des lois de comportement avancées, prenant en compte l endommagement des composites stratifiés. Le présent rapport porte sur l analyse des structures géométriquement non linéaires (plaques et coques) en matériaux composites en considérant l endommagement anisotrope (délaminage), plus précisément le comportement endommageable en grands déplacements des coques stratifiées composées de plis unidirectionnels. Ces structures composites présentent l énorme avantage de pouvoir s adapter à un contexte de chargement donné en orientant les fibres suivant le sens de sollicitations. La théorie de déformation en cisaillement du premier ordre FOSD (first order transverse shear deformation) a été utilisée pour le développement du champ de déplacement. Les développements cinématiques ont permis le passage du problème initialement tridimensionnel à un problème bidimensionnel. Le comportement a été limité au domaine élastique avec les hypothèses de la théorie des rotations modérées (MRT5) en incluant le phénomène de délaminage dans les équations constitutives basé sur le modèle issu des travaux de Ladevèze. La fissuration a été décrite par un affaiblissement des modules de rigidité du milieu où les variables d endommagement sont associées à la dégradation de la matrice de rigidité. Le modèle de délaminage prend en compte les trois modes de dégradation interlaminaire qui sont associés aux trois modes d ouverture des fissures. Des simulations numériques par la méthodes des éléments finis ont été réalisées en mode pure, en mode mixte de délaminage et sur un nouveau composite stratifié tissée à usage orthopédique fabriqué à partir d une charge naturelle non polluante (poudre de noyaux de dattes). Après la validation du modèle de délaminage, la méthode développée dans ce rapport a été comparée avec succès à d autres résultats de la littérature.Delamination is one of the predominant forms of damage in laminated composite due to the lack of reinforcement through the thickness. The study of delamination is commonly divided into two stages (i) initiation and (ii) propagation of an already initiated area. The analysis of geometrically nonlinear structures (plates, shells) including anisotropic damage (delamination) is proposed. This study considers the damage behavior for large displacement of laminate shells made of unidirectional layers reinforced with long fibers. These structures present a great advantage, in a way that they have the possibility to change their fibers orientation according to the load direction allowing them to support applied loading situation. The first order transverse shear deformation theory (FOSD) has been used to develop the displacement field. In this report, we consider an elastic behavior of the material with the hypothesis of moderate rotation theory with five parameters (MRT5), including delamination into constitutive equations using the model of Ladevèze.The numerical predictions are compared with analytical closed form solutions and experimental results. The accuracy of the predictions is evaluated in single mode delamination tests, in the mixed-mode bending test, and in a structural configuration consisting of the debonding of a new laminated composite woven reinforced by particles of date cores for orthopaedic use. The interface is represented in first approximation by distribution of several interfacial bonds. Each one of them is the association of three spring elements acting in the three directions.BETHUNE-BU Sci. appli. et éco. (621192101) / SudocSudocFranceF