Development of an intra/interlaminar damage strategy for Semi-Continuous approach : application to ud and hybrid laminates

Les structures composites constituées de nappes d'unidirectionnels sont très répandues en aéronautique pour leur très grand rapport résistance/masse. Cependant, elles sont susceptibles d'être soumises à une multitude d'impacts qui génèrent des fissurations matricielles, des délaminages et des ruptures de fibres. Cela est très préjudiciable lors d'impacts à basse vitesse notamment sur des structures épaisses où les délaminages sont localisés à l'intérieur donc difficilement de´tectables à l'œil nu. L'objectif est donc de proposer un modèle capable de capter très précisément l'initiation et la propagation des délaminages en se fondant sur la stratégie Semi-Continue. Ces travaux débutent par le développement d'un nouvel élément d'interface intralaminaire pour capter le comportement des fissurations matricielles, précurseuses des délaminages. Cet élément vient s'intercaler entre les éléments UD (barres + plaque) de la stratégie Semi-Continue développés lors de précédents travaux. Afin de représenter le lien entre fissurations matricielles et délaminage, un couplage intra/interlaminaire est introduit. L'ajout de cet élément spécifique a nécessité d'adapter le comportement des autres éléments du modèle afin que la cinématique globale soit conforme aux résultats expérimentaux. Cette stratégie a ensuite été valideé à travers une campagne d'essais d'indentations quasi-statiques et d'impacts à différentes énergies. Les résultats numériques obtenus corrèlent de manière très satisfaisante ceux des essais. Enfin, une campagne d'essais sur stratifiés hybrides (UD/Tissu) a été effectuée d'une part pour optimiser la réponse des structures épaisses et d'autre part pour évaluer la réponse du modèle dans des situations hors de sa zone de validation.Composite structures composed by unidirectional layers are widespread in the aeronautical field for their very high strength to mass ratio. However, they may undergo impacts that can generate matrix cracking, delamination and fiber breakage. This has an adverse effect during low velocity impacts, especially on thick structures where delaminations, are located inside the structure and are difficult to detect with the naked eye. The objective is then to propose a model able to catch very precisely the initiation and the propagation of delamination based on the Semi-Continuous strategy. This work begins with the development of a new intralaminar interface element able to get the behavior of matrix cracking, precursor of delamination. This element is inserted between UD elements (rods + shell) of the Semi-Continuous strategy developed in previous works. In order to represent the link between matrix cracking and delamination, a intra/interlaminar coupling is introduced. The addition of this specific element required to adapt the behavior of other elements of the model so that the overall kinematics would be consistent with experimental results. This strategy was validated through quasi-static indentation and impact tests at different energies. The numerical results obtained correlate very satisfactorily with those of the tests. Finally, tests on hybrid laminates (UD/Woven) were carried out on the one hand to optimize the response of thick structures and on the other hand to evaluate the response of the model in situations outside its validation area