Le matériau composite dans la structure : objet d’étude et variable de conception

The research work presented in this thesis concerns the development of optimal design methods, specialised for composite structures, and intended to be transferred to industry. These methods are applied to different classes of materials and composite production processes: conventional laminates, Quilted Stratum Process, fibre placement, sandwiches and 3D woven composites. The material is first the subject of a detailed experimental and numerical analysis in the context of mechanically fastened joints. The composite is then considered as a design variable for structural optimisation. The work presented successively addresses the combinatorial optimisation of stacking sequences within the framework of a multilevel approach, taking into account design guidelines, and the topological optimisation of the shape of composite structures. These methods are implemented and discussed on several demonstration cases from collaborative projects. Finally, we return to the experimental analysis by showing the potential of laminate optimisation to redesign some characterisation tests for composites.Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire concernent le développement de méthodes de conception optimale, spécialisées pour les structures composites, et destinées à être transférées à l’industrie. Ces méthodes sont déclinées pour différentes classes de matériaux et procédés d’élaboration composite : stratifiés conventionnels, Quilted Stratum Process, placement de fibres, sandwichs et composites tissés 3D. Le matériau fait d’abord l’objet d’une analyse expérimentale et numérique détaillée dans le contexte des assemblages par fixations mécaniques. Le composite est ensuite considéré comme une variable de conception pour l’optimisation structurale. Les travaux présentés abordent successivement l’optimisation combinatoire des empilements dans le cadre d’une démarche multiniveau, avec prise en compte de règles métier, et l’optimisation topologique de la forme des structures composites. Ces méthodes sont mises en œuvre et discutées sur plusieurs cas de démonstration issus de projets collaboratifs. On revient enfin sur l’analyse expérimentale en montrant le potentiel de l’optimisation des stratifiés pour repenser certains essais de caractérisation des composites