Prise en compte du vieillissement et de l'endommagement dans le dimensionnement de structures en matériaux composites

La présente étude traite de la durabilité (vieillissement) en milieu humide et de l'endommagement par fissuration de matériaux composites à matrice organique (CMO).La diffusion d'eau dans le matériau (matrice époxy renforcée par des fibres de verre) est tout d'abord analysée expérimentalement par détermination des cinétiques d'absorption sous différentes conditions d'humidité. Des baisses de différentes propriétés mécaniques en fonction de la quantité d'eau absorbée sont mises en évidence et quantifiées lors d'essais expérimentaux de traction. Les mécanismes physiques à l'origine de ces modifications sont identifiés. Un moded'endommagement particulier, la fissuration intralaminaire, ainsi que son couplage avec l'humidité,sont aussi étudiés expérimentalement. Des différences entre évolutions réversibles et irréversibles de propriétés sont mises en évidence et analysées en détail.Un modèle prédictif qui prend en compte les effets d'endommagements d'origine hydrique et/ou mécanique est alors proposé. Un calcul couplé diffusion/mécanique, sur un logiciel de modélisation par éléments finis, permet de déterminer le comportement global dumatériau, connaissant le gradient de propriété suivant l'épaisseur. Il est donc possible de suivre en continu au cours du vieillissement l'évolution de rigidité du matériau, pour n'importe quel état de fissuration et d'absorption (i.e. n'importe quel état intermédiaire entre état sec et état saturé en eau). Des essais numériques de cyclages, à la fois de chargement mécanique (charge-décharge) et de vieillissement (absorption-séchage) ont enfin été menés avec succès. Il est ainsi possible de simuler n'importe quelle condition (température, humidité, épaisseur, chargement appliqué) et donner une estimation des propriétés du matériau tout au long de son utilisation