Adélaïde Leroy

Ce travail de thèse a deux objectifs : (i) mieux comprendre le comportement à l'impact à faible vitesse des composites à fibres de lin, (ii) fournir aux chercheurs et ingénieurs un outil de modélisation pour intégrer ces composites dans des applications (semi-)structurelles. Dans ce but, l'indentation quasi-statique a été étudiée et comparée à l'impact. Les stratifiés 6 plis, fabriqués à partir d'une résine époxy et d'un renfort tissé de lin sergé 2×2, sont soumis à des essais d'impact et d'indentation à des niveaux d'énergie comparables. De grandes similitudes sont observées entre les deux essais dans les courbes charge-déplacement, la capacité d'absorption d'énergie, les endommagements visibles. Les différences sont minimes : 2,1% pour la raideur linéaire, 0,2-5,6% pour la charge maximale, moins de 7% pour les proportions d’énergie absorbée. La comparaison des endommagements d’indentation analysés par l'émission acoustique suggère des mécanismes et séquences d'apparition similaires aux résultats d'impact de la littérature. Des modèles par éléments finis sont aussi développés : un modèle élastique d'indentation d'un quart de plaque en appui simple (6 plis orthotropes homogénéisés, éléments solides-coques), puis un modèle d'endommagement pour tissés et ajout d’une bride (solide rigide). Après validation du premier sur un matériau de référence, le second s’avère exploitable et prometteur. Jusqu'à 15 J, il fournit une bonne prédiction du comportement d'indentation et d'impact des stratifiés lin tissé, comparée aux données expérimentales. Il permet aussi la modélisation et la visualisation de certains mécanismes d'endommagement en accord avec les observations expérimentales.

The aim of this paper is to provide a numerical modeling tool for flax-woven reinforced laminates submitted to Low Velocity Impact (LVI) and Quasi-Static Indentation (QSI). The selected approach is based on a constitutive material model specifically developed for woven reinforced plies. Experimental tests were carried out at different energy levels and boundary conditions for a comparative study to assess the viability of the model. Numerical results provide a good estimation of experimental force-displacement curves, with good to excellent superposition for LVI at 10 and 15 J and for QSI until a displacement of 2 to 3.5 mm. In terms of visible damage, a parallel is drawn between some damage variables and visible cracks on the one hand, and element deletions and fiber bundle failures on the other hand. Results show that the proposed numerical model is promising and potentially useful for designing and optimizing flax-woven reinforced composites submitted to both LVI and QSI.