Behaviour study of thick laminated composites : experimentation and finite element analyses

Résumé

Les matériaux composites sont fréquemment utilisés dans l’industrie moderne étant donné les avantages qu’ils offrent : une réduction de poids, à un coût raisonnable, dû à l’adaptabilité des propriétés mécaniques en fonction du chargement et de la géométrie. Ils sont désormais utilisés pour la construction de structures à parois épaisses comme des tabliers de ponts, des réservoirs sous pression, des pales d’éolienne ou encore des pièces d’avions. Ces nouvelles applications pour des structures d’envergure ont soulevé plusieurs questionnements sur la prédiction adéquate du comportement des matériaux composites à parois épaisses. Un manque de compréhension du comportement de ces matériaux lors du développement de nouveaux produits pourrait entraîner des évènements tragiques. Dans cette thèse, il est supposé que les propriétés élastiques des matériaux composites peuvent varier avec l’augmentation de l’épaisseur des laminés. Dans le but de connaitre l’influence de l’épaisseur sur les neuf propriétés élastiques orthogonales (E1, E2, E3, ν12, ν13, ν23, G12, G13 et G23), trois catégories de laminés, en fonction de leur épaisseur, ont été définis en comparant différentes théories et un modèle d’éléments finis solides. Les catégories ainsi définies sont : laminés minces pour des épaisseurs de moins de 6 mm (0.236"), laminés modérément épais pour des épaisseurs variant de 6 mm (0.236") à 16 mm (0.630") et laminés épais pour des épaisseurs supérieures à 16 mm (0.630"). Pour trois différentes épaisseurs (mince - 1,5 mm, modérément épais - 10 mm et épais - 20 mm), l’influence de l’épaisseur a été mesurée pour les propriétés élastiques de laminés unidirectionnels de fibres de verre et d’une résine époxy. Un essai de torsion sur des spécimens rectangulaires est proposé afin de mesurer l’influence de l’épaisseur sur G13 et G23. Par la suite, les neuf propriétés, en fonction de l’épaisseur du problème étudié, ont été utilisées dans la théorie classique des laminés (CLT) et dans un modèle d’éléments finis (FEA) solides pour prédire le module d’élasticité axial et les coefficients de Poisson pour différentes configurations de laminés. Des résultats expérimentaux ont aussi été obtenus pour ces laminés. L’analyse des résultats calculés avec CLT et FEA a montré que le module d’élasticité axial, ainsi que les coefficients de Poisson, n’étaient pas influencés par l’épaisseur pour un problème dans le plan. Par contre, une influence significative est observée sur E2, E3, ν13 et G12 pour un laminé unidirectionnel.

Date	10 oct. 2014
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Henri Champliaud (Directeur(-trice)) & Harald Bersee (Codirecteur(-trice))