Analyse expérimentale et numérique de la tenue de matériaux composites tissés 3D : de l’éprouvette élémentaire aux structures aéronautiques complexes

Auteurs: 

A. Hurmane, A. Mavel, P. Paulmier, F. Laurin (ONERA)

Les nouvelles générations de matériaux composites tissés 3D à matrice organique ont récemment été développées pour être utilisées dans l'aéronautique comme une alternative aux matériaux composites stratifiés classiques, pour des structures exposées aux impacts. Par conséquent, il a été nécessaire d’étudier finement les endommagements et d’établir les scénarios de rupture de ces matériaux soumis à différents types de chargement à l’aide d’une importante campagne d’essais mécaniques effectués à l'ONERA sur des éprouvettes élémentaires. Ces essais ont été multi-instrumentés afin de comprendre les différents mécanismes d’endommagement et de rupture rencontrés dans les matériaux composites tissés 3D. Sur la base de ces observations, un modèle, appelé ONERA Damage Model pour Composites à Matrice Organique (ODM-CMO), a été développé spécifiquement pour ces matériaux. Ce modèle matériau non linéaire prend en compte les différentes sources de non-linéarité observées (viscoélasticité de la matrice, fissuration  matricielle, décohésions inter-torons et la rupture des torons de fibres) et a été validé au travers de comparaisons avec les résultats d’essais disponibles sur des éprouvettes élémentaires. Par ailleurs, les efforts à rupture, prévus par le modèle ODM-CMO, sur des plaques contenant différents types de singularités géométriques, telles que des trous ou des rainures fraisées, ont été comparés avec succès aux résultats des essais multi-instrumentés également effectués à l'ONERA. Enfin, le modèle ODM-CMO a été appliqué à des structures composites tissées 3D représentatives de composants industriels. Les scénarios d’endommagement et de rupture prévus semblent être cohérentsavec les résultats disponibles dans la littérature. De plus, les temps de calcul obtenus sont conformes aux exigences industrielles actuelles. Par conséquent, il a été démontré que cette approche, disponible dans un code éléments finis commercial, pourrait être utilisée dans les bureaux d'études de l’industrie aéronautique.

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