L’histoire des matériaux stratifiés est en constante évolution

On 2 avril 2010 by Smide

Témoins de permanent de l’histoire des matériaux stratifiés, les scientifiques prouvent régulièrement que les matériaux stratifiés sont dans notre quotidien. Avec cette article, nous vous livrons un état des lieux de notre veille constante, en vous proposant un extrait issu du site web de l’ENS de Cachan. Cet extrait met en avant la soutenance de thèse de doctorat de Michaël Trovalet (LMT) Domaine : Mécanique – Génie mécanique – Génie civil. Selon ce chercheur,

La proportion de matériaux composites stratifiés ne cesse d’augmenter dans les structures aéronautiques, et notamment dans les zones vitales de ces dernières. Ces matériaux présentent des mécanismes de dégradation très complexes, ce qui limite la confiance dans les modèles actuellement utilisés. C’est dans ce cadre qu’un modèle micro innovant pour les matériaux composites stratifiés est développé au LMT. Ce modèle dit « hybride », réconcilie micromécanique et mésomécanique des stratifiés. Les mécanismes tels que la microfissuration et le délaminage local sont décrits de manière discrète à travers la mécanique de la fissuration discrète. A l’opposé, les dégradations diffuses sont homogénéisées au niveau du volume appelé « matériau fibre-matrice » et décrites grâce au mésomodèle d’endommagement des stratifiés. Les travaux de thèse ont porté sur l’ amélioration de ce modèle ainsi que sur le développement d’une stratégie numérique dédiée en vue de sa validation.
Dans un premier temps, le travail a porté sur l’introduction au sein de la partie continue du modèle, des mécanismes nécessaires à la description du comportement d’un stratifié sous chargement mécanique. Ainsi, les phénomènes de déformations permanentes, de viscosité et de rupture dans le sens des fibres ont été introduits à travers des modèles se situant aux échelles les plus pertinentes. De cette manière, le modèle micro amélioré proposé peut se voir comme un « matériau virtuel de référence », constituant une base de données regroupant les principales modélisations permettant la description du comportement des stratifiés depuis l’état initial jusqu’à la rupture.
Dans un deuxième temps, le travail a porté sur l’ intégration numérique du modèle complet au sein d’une stratégie numérique dédiée. Basée sur la méthode LaTIn multi-échelles, le logiciel initialement développé à été complété au cours des travaux de thèse avec la prise en compte de la décohésion fibre/matrice, des déformations permanentes, de la viscosité et de la rupture dans le sens des fibres. En outre, la taille des problèmes engendrés par une telle stratégie se révélant très importante, une parallélisation complète de la stratégie a été menée, afin de permettre la simulation d’éprouvettes de taille réaliste. Ces simulations ont permis de mener une première phase de validation, à travers des comparaisons entre essais et simulations, dans le cas d’éprouvettes classiques de caractérisation des stratifiés.

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Source image : « Stratégies de calcul multiéchelles et parallélisme» de Pierre Ladevèze

Quid de ce constat, nous pouvons apporter un regard complémentaire à la thèse de Michaël Trovalet, en vous proposant cette fois-ci un article rédigé par Pierre Ladevèze dont le titre évocateur « Enjeux scientifiques et sociétaux » démontre la compléxité d’un tel sujet ;

La mise en virtuel de notre monde s’accélère, notamment grâce aux progrès du calcul. Ces progrès sont autant dus à l’évolution des méthodes qu’à celle des moyens de calcul. Les retombées sont telles que la demande, qui vient de partout et pas seulement du monde industriel, explose : aujourd’hui, bon nombre de questions sont sans réponse et les défis scientifiques en matière de modélisation et de simulation s’accumulent. Par exemple, on est loin d’intégrer les progrès considérables effectués ce dernier quart de siècle dans la modélisation et l’identification des matériaux, tout comme on est loin de traiter les phénomènes multiéchelles où les différentes échelles sont couplées. Qui plus est, il importe aujourd’hui de prendre en compte les variabilités, incertitudes et méconnaissances, ce qui conduit à multiplier encore les résolutions, plusieurs milliers voire plusieurs dizaines de milliers. La réponse à ces défis passe par des ruptures par rapport aux méthodes exploitées aujourd’hui dans les codes de calcul industriels. L’enjeu est d’augmenter les performances en coût et en stockage d’un facteur au moins 100 à 10 000, tout en améliorant la robustesse et bien sûr en exploitant de manière optimale les futures générations d’ordinateurs, ce qui est également un défi en recherche.

L’objectif scientifique étant celui de limiter les ruptures afin d’atteindre de meilleures performances lors de l’utilisation de matériaux stratifiés dans par exemple l’aéronautique, secteur pour lequel Smide travail régulièrement en terme d’usinage. Pour prolonger votre intérêt pour ce sujet, vous pouvez télécharger le.pdf de l’article de Pierre Ladevèze : « Enjeux scientifiques et sociétaux« , dans ce document vous pourrez mieux comprendre la fameuse méthode dite LATIN (Large Time INcrement).

Pour demander à Smide d’usiner vos pièces en matériaux stratifiés :

smide.fr

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