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Ge, Yangyang. Development of testing methods for characterization of delamination behavior under pure mode III and mixed modes in a laminated composite

Ge, Yangyang (2016). Development of testing methods for characterization of delamination behavior under pure mode III and mixed modes in a laminated composite.

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Résumé en francais

Le but de ce travail est la caractérisation du comportement au délaminage des composites stratifiés en mode mixte I+II+III, en se focalisant en particulier sur le verrou scientifique que représente le mode III pur. Cette thèse repose sur un travail à la fois expérimental et numérique, validant numériquement les tests existants et ceux développés. La mise en perspective des résultats obtenus a permis, d'un coté, de mieux appréhender l'importance de la distribution des taux de restitution d'énergie, GI, GII et GIII, le long du front de fissure sur le la détermination de la ténacité du composite et d'un autre coté, de proposer et d'améliorer les méthodes de caractérisation. Avant d'évoquer le délaminage en mode mixte, nos efforts se sont d'abord concentrés sur la caractérisation du délaminage en mode III pur. Deux essais de type " Edge Crack Torsion " (ECT) disponibles dans la littérature ont été réalisés. La distribution de GIII le long du front de fissure a été déterminée par la méthode des éléments finis (MEF) en utilisant la technique de fermeture virtuelle de fissure (VCCT). La capacité de ces tests est compromise par : 1. La participation du mode II non nul ; 2. La forte variation de GIII près des bords de l'éprouvette. Ces problèmes rendent la détermination de la ténacité en mode III pur, GIIIC, difficile et imprécise. Par la suite, un nouveau test a été proposé, nommé "Edge Ring Crack Torsion" test (ERCT ou ERT-III). Il s'appuie sur une éprouvette possédant une fissure de front circulaire, l'absence d'extrémités sur le front de fissure permet de supprimer les effets de bords. Après l'optimisation et la modification de la géométrie du dispositif dans le test ERCT original, GIII le long du front de fissure reste presque constant avec très peu de modes parasites. La formule proposée par Tada est appliquée pour déterminer GIIIC. Il est démontré qu'en général, si la variation de GIII est faible le long du front de fissure, la ténacité déterminée par une solution " closed-form " concorde bien avec celle obtenue numériquement. En fait, la répartition de GIII peut être influencée par divers facteurs, tels que la nature des stratifiés, la géométrie du dispositif expérimental et la géométrie des éprouvettes. L'interaction de ces facteurs a été aussi abordée dans cette étude. En outre, une étude numérique de sensibilité aux défauts a permis de vérifier la robustesse de l'essai proposé vis-à-vis de différents défauts qui sont inhérent à tout travail expérimental. Enfin, une géométrie d'éprouvette optimisée est donnée avec une méthodologie permettant de réduire les fluctuations de GIII. L'utilisation de l'éprouvette ERC a été généralisée à la caractérisation du délaminage pour deux autres modes purs : l'essai de traction permet de solliciter ERC en mode I pur et celui de flexion sollicite ERC en mode II pur, nommé ERCTE ou ERC-I et ERCF ou ERC-II, respectivement. Les avantages du test ERCT sont bien conservés. La réalisation des essais ERC-I, ERC-II et ERC-III permet de mesurer la ténacité de chacun des trois modes purs sur des éprouvettes ayant la même géométrie. Finalement, nous avons étudié numériquement la faisabilité de réaliser les essais de délaminage en mode mixte I + II, I + III et I + II + III sur les éprouvettes ERC. Il s'avère que le rapport modal en mode mixte peut être obtenu dans une large gamme en faisant varier la géométrie de l'éprouvette et en combinant les modes de chargement. Aucun mode indésirable n'est présent lors des essais en mode mixte I+II ou en mode mixte I+III. Cependant la distribution de GI, GII et GIII ne sont pas complètement uniforme, mais sa variation reste assez petite. En conclusion, les tests ERC proposés dans cette étude sont prometteurs pour la caractérisation du comportement au délaminage en mode mixte des composites. Il serait possible, dans un avenir proche, de proposer un critère de délaminage en mode mixte I+II+III basé sur une étude utilisant des essais sur éprouvettes ERC.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Gong, Xiaojing
Hurez, Anita
De Luycker, Emmanuel
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Institut Clément Ader (ICA-Toulouse)
Mots-clés libres :Délaminage en mode III pur - Délaminage en mode mixte - Méthodes d'essai - Méthodologie par éléments finis
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :06 Jan 2017 10:39