Étude du comportement mécanique en traction et en impact des composites stratifiés acrylique/fibres de verre après réparation : analyse de l’endommagement

Résumé

Les composites stratifiés tissés fibres de verre/Elium acryliques sont des matériaux hétérogènes à forte anisotropie susceptibles de développer des endommagements sous chargements monotones et accidentels. Ces dégradations prennent naissance à l'échelle microscopique et se propagent aux échelles supérieures. Elles sont considérées comme un processus détérioration progressif de la matière impliquant des phénomènes physiques complexes responsables de la réduction des propriétés mécaniques du matériau. La problématique de l'endommagement constitue un souci majeur au regard de leur dangerosité pour la sécurité des structures et des usagers. Sachant que les coûts de remplacement des composants endommagés peuvent s'avérer très onéreux, la réparation par collage de patches représente une opportunité mécanique et économique rentable pour restaurer l'intégrité structurelle en plus de rallonger la durée de vie des structures entaillées ou fissurées à faible coût. En effet, le joint collé permet une répartition plus homogène des contraintes et assure le transfert des efforts entre la plaque endommagée et le patch composite afin de stopper et ralentir la croissance des fissurations. Ainsi, le présent travail de thèse propose par des investigations expérimentales et numériques d'évaluer le comportement mécanique en traction et en impact basse vitesse des composites stratifiés fibres de verre/Elium acrylique réparés par collage externe sous vide avec une résine réparatrice Elium acrylique E351 EOT. Des essais de traction et d'impact basse vitesse ont permis de mettre en exergue une performance significative de la réparation par collage de patches symétriques sur des panneaux composites fibres de verre/Elium acrylique percés d'entailles circulaires. Une étude numérique par simulations éléments finis utilisant des critères de ruine de Hashin et une loi de comportement comme sous-programme utilisateur VUMAT intégrés dans le code de calcul ABAQUS combinés à un modèle de zone cohésive a permis de prédire les mécanismes de défaillance intra et inter-laminaires observés expérimentalement. La comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques ont permis de juger de la pertinence et de la validation des prédictions numériques. Les modèles numériques de traction et impact basse vitesse élaborés ont en outre contribué à rendre compte de l'apport des outils numériques dans la résolution des problèmes physiques. Bien que la solution éléments finis soit approximative, il n'en demeure pas moins qu'elle a permis des prédictions réalistes des délaminages, des ruptures en cisaillement plan et de fibres en traction/compression des composites stratifiés tissés sains, troués et réparés.

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