Etude du comportement non linéaire en cisaillement des CFRP : évaluation et modélisation de la limite élastique, étude de l'évolution de l'endommagement
Magali Castres  1, 2@  , Julien Berthe  1@  , Eric Deletombe  1@  , Mathias Brieu  2@  
1 : Onera - The French Aerospace Lab  (Lille)  -  Site web
ONERA
F-59045 Lille -  France
2 : Laboratoire de mécanique de Lille  (LML)  -  Site web
Ecole Centrale de Lille, CNRS : UMR8107
Bâtiment M6 Bvd Paul Langevin 59655 VILLENEUVE D ASCQ CEDEX -  France

De nos jours, les matériaux composites sont largement utilisés dans le domaine du transport, et plus particulièrement dans le domaine de l'aéronautique. Un des enjeux de l'aéronautique est de garantir la sécurité. Pour cela, il est important de comprendre afin de pouvoir modéliser le comportement des matériaux utilisés sur l'ensemble des conditions rencontrées au cours de la durée de vie de l'avion. Ces conditions comprennent une large gamme de vitesse, de la quasi-statique à la dynamique, et une large gamme de température de -50°C à 50°C. Les matériaux étudiés dans ces travaux sont les composites à matrice organique (CMO). Ces matériaux sont connus pour avoir un comportement en cisaillement plan dépendant de la vitesse de déformation et de la température. Ce comportement peut être scindé en deux parties : un premier comportement linéaire et un second comportement non linéaire. Dans des travaux réalisés par Berthe, le comportement linéaire élastique en cisaillement du T700/M21 ainsi que sa dépendance à la vitesse de déformation et à la température ont été étudiés et un modèle spectral a été proposé pour décrire l'évolution de ce comportement.

Lors des travaux réalisés en 2016, une méthode d'évaluation de la transition entre le comportement linéaire et le comportement non linéaire basée sur l'étude des données expérimentales a été proposée. Cette méthode, basée sur la quantification d'un écart à la linéarité, permet d'obtenir une valeur de contrainte et une valeur de déformation caractérisant la transition entre le comportement linéaire et le comportement non linéaire du matériau. Cette limite a été par la suite assimilée à une limite élastique du comportement macroscopique. L'influence de la vitesse de déformation et de la température sur cette limite a également été étudiée. Un modèle prenant en compte l'influence de la vitesse et de la température sur cette limite a été proposé. Ce modèle s'est inspiré de deux modèles de la littérature : le modèle de Gerlach qui permet de prendre en compte l'effet de la vitesse de déformation, et le modèle de Richeton qui permet de prendre en compte les effets de température, sur la limite élastique. Dès lors que cette limite élastique est établie, il devient possible de s'intéresser à la loi d'évolution du comportement non linéaire du matériau étudié ainsi qu'à l'influence de la vitesse de déformation et de la température sur celle-ci. C'est l'objet des travaux présentés. Pour cela, une campagne d'essais de charge/décharge en quasi-statique sur le T700/M21 a été réalisée sur des éprouvettes rectangulaire [+/-45°]s pour trois vitesses de déformation allant de 10-5 s-1 à 10-3 s-1. Pour étudier l'évolution du comportement non linéaire, des paliers de charge/décharge incrémentaux de 200N ont été appliqués sur l'éprouvette jusqu'à rupture de celle-ci. Sur chaque face de l'éprouvette une jauge de déformation a été collée, l'une dans la direction transverse et l'autre longitudinale. A partir de ces essais, il est proposé de quantifier l'évolution du comportement non linéaire de façon usuelle au travers d'un modèle décrivant l'abattement du module de cisaillement, et d'un deuxième critère correspondant à la déformation résiduelle à chaque fin de cycle. D'après les premiers résultats obtenus pour cette gamme de vitesses, l'abattement du module en fonction de la charge appliquée ne semble pas dépendre de la vitesse. La déformation résiduelle semble quant à elle l'être. Au terme de ces essais, un modèle permettant de décrire le comportement non linéaire du matériau sera proposé puis adapté afin de considérer des vitesses allant de la quasi-statique à la dynamique, et une large gamme de température.


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