Analyse Tridimensionnelle Des Contraintes Résiduelles dans les Matériaux Composites à Matrice Polymère

Abstract

الملخص(بالعربية):

تتطور الإجهادات الحرارية المتبقية في المواد المركبة كنتيجة مباشرة لدورة الإعداد مقترنة بالاختلافات في الخصائص الفيزيوحرارية بين المصفوفة والدعائم. تؤثر هذه الإجهادات على السلوكالموضعي للكسر والتَشْوِه على مقياس الدعامة والمصفوفة، وتحدد الخصائص الميكانيكية وخصائص الكسر للمواد المركبةالنهائية. يندرج عملنا في هذاالموضوع،حيث يتضمن التحليل العددي، باستعمالطريقةالعناصرالمنتهية، لتوزيع الإجهادات الحرارية المتبقيةفي المواد المركبة وتحديد المخاطر المحتملة للضرر الذي تمثله هذه الإجهادات.وهكذا، فقد تبين من خلال هذه الدراسة أن حالة وشدة هذه الإجهادات تعتمد على خصائص المكونات (المصفوفة و الدعائم ) والأطوارالبينية وعلى معايير هيكلية مختلفة. من جهة أخرىتم تحديد المنطقة القريبة من واجهة الدعامة / المصفوفة على أنها موقع لتركيز الإجهادات الحرارية المتبقيةوالتي قد تكون،على حسبشدتها،السبب الرئيسي في إتلاف التركيب. تمأيضا توضيح تأثير وجود دعامة ثانية في المواد المركبةالمسمات بالهجينة على توزيع وشدة الإجهادات الحرارية المتبقية.في الجزء الأخير من هذه الأطروحة، سنحاول إنشاء نموذج ضرر للمواد المركبة الليفية يعتمد على FIC من أجل إبراز تأثير العديد من المعايير مثل النسبة الحجميةللألياف ووجود عيوب. ----------------------------------------------Résumé (Français) : Les contraintes thermiques résiduelles se développent dans les matériauxcomposites comme conséquence direct au cycle d’élaboration combineraux différences des propriétés thermophysique entre la matrice et les renforts. Ces contraintes,affectent les comportements locauxde rupture et de déformationà l’échelle du renfort et de la matrice, et déterminent les propriétés mécaniques et de rupture des matériaux composites. Notre travail s’inscrit dans cette problématique ; il s’agit d’analyser numériquement, par la méthode des éléments finis, la distribution des contraintes thermiques résiduelles dans les matériaux composites etidentifier le risque potentiel d’endommagement que représentent ces contraintes. Ainsi, il a été démontré dans cette étude que l’état et l’intensité de ces contraintes dépendent des propriétés des constituants et des interphases et de divers paramètres structuraux.Par ailleurs,la région proche de l'interface renfort/matrice a été identifiée comme étant lesiège de concentration des contraintes résiduelles qui peuvent, en fonction de leurs amplitudes, être àl'origine de la rupture de l'assemblage. L’effet de la présence d’une deuxième phase derenforcement dans les composites dits hybrides sur la distribution et l’intensité des contraintes thermique résiduelles a été mis en évidence. Dans une dernière partie de cette thèse, nous essaierons d’établir un modèle d'endommagement dans lesmatériaux compositesfibreux basé sur le FIC afin de mettre en évidence l'effet de plusieurs paramètres tel que la fraction volumique des fibres, et l’existence des défauts. ----------------------------------------------Résumé (Anglais) : ThermalResidual stresses develop in composite materials as a direct consequence of the fabrication process combinedto the thermophysical properties mismatch between matrix and reinforcements.These stresses affect the local fracture and deformation behavior at the scale of the reinforcement and the matrix and determine the mechanical and fracture properties of composite materials. Our work falls within this issue;it involves numerically analyzing, using the finite element method, of the distribution of thermalresidual stresses in composite materials and identifying the potential risk of damage represented by these stresses.Hence, it was shown in this study that the state and intensity of these stresses depend on the properties of the constituents and interphases and on various structural parameters. Besides, the region close to the reinforcement / matrix interface has been identified as being the site of concentrations of residual stresses which may, depending on their amplitudes, be at the origin of the rupture of the assembly.The effect of the presence of a second phase reinforcement in composites calledhybrid on the distribution and intensity of thermalresidual stresses has been highlighted.In a last part of this thesis, we will try to establish a damage model in fibrous composites materialsbased on the SIFto highlightthe effect of several parameters such as the volume fraction of fibers, and the existence of defects.