Résumé

Dans cette thèse, les méthodes multi-échelles ont été utilisées afin de décrire le comportement d'un matériau composite à matrice organique, composé de bandes de renforts unidirectionnelles orientées aléatoirement dans le plan du pli. Une approche à champ moyen (modèles de Mori-Tanaka et autocohérent) a permis de calculer les propriétés mécaniques du composite via une procédure en deux étapes. Les difficultés liées à la coexistence dans le matériau de plusieurs morphologies d'inclusions ont été levées via à une généralisation du modèle autocohérent. 


Ce modèle a aussi permis de calculer les contraintes locales de service dans le composite. Les contraintes dans les bandes UD ont également été calculées via une approche à champ complet périodique utilisant les éléments finis, montrant ainsi les avantages et les limites des approches à champs moyens. En s'appuyant sur une description du comportement de la résine selon la température et le degré de réticulation, l'évolution des propriétés du composite et des contraintes résiduelles locales (dues au retrait thermochimique de la résine) a pu être déterminée tout au long du cycle de fabrication, pour différentes contraintes appliquées au composite.


La problématique des déformations résiduelles de fabrication des pièces composites a également été abordée, en se focalisant notamment sur le phénomène de retrait angulaire des équerres dû à l'anisotropie du matériau. Les éléments finis ont permis de simuler ce retrait ainsi que les interactions moule-pièce, en tenant compte de l'évolution des propriétés mécaniques de l'équerre. La possibilité d'utiliser un moule composite pour cuire des pièces composites a également été évaluée.


Mots clés

Méthodes multi-échelles, Matériaux composites, Contraintes résiduelles, Pièces composites, Simulation.

Synoptique

  • Modélisation non-linéaire du comportement thermomécanique des matériaux composites

- Modèles à champ moyen (Mori-Tanaka, autocohérent) :

Adaptation à des VER contenant plusieurs types d'inclusions

Application à un matériau méso-structuré (homogénéisation en 2 étapes)

Illustration méthodes multi-échelles

  • Simulation multi-échelles des contraintes de fabrication et de service (Mathematica)

- Prise en compte des évolutions matérielles de la résine

- Contraintes résiduelles locales et résistance des constituants après fabrication

  • Simulation de l'élaboration de pièces composites : interactions moule/pièce, déformée résiduelle

- Interactions moule/pièce, déformée résiduelle des pièces composites

- Prise en compte de l'évolution des propriétés matérielles durant la fabrication

- Etude de l'effet de retrait angulaire (spring-in) dans les équerres composites

- Influence du choix du moule sur l'intensité des interactions moule-pièce

- Etude d'un moule composite HexTool®

Illustration interactions moule (Hextool) / pièce (composite UD)