Durabilité des matériaux composites (Équipe E3M)

Durabilité des matériaux composites (Équipe E3M)


 

Le fil directeur du groupe de travail “durabilité des matériaux et structures composites” est d’estimer si l’intégrité d’un matériau ou d’une structure composite est préservée après une histoire mécanique en interaction avec des conditions environnementales (humidité et température). Cette prévision de durée de vie mais aussi des performances en service nécessite en particulier la prise en compte des contraintes résiduelles d’élaboration et des contraintes internes hygro-thermo-mécaniques de service.

 

L’objectif de ce travail est de proposer des outils de modélisation et de caractérisation permettant de tenir compte, dans une démarche globale de conception et dimensionnement des structures composites, des déformations et des contraintes internes, à l’échelle des plis mais aussi à celle des constituants (renforts et résine). Un effort à la fois expérimental et numérique est mené pour caractériser et calculer les déformations et les contraintes résiduelles d’élaboration constituant l’état initial du matériau avant son utilisation en service, ainsi que les déformations et contraintes de service générées par des sollicitations de natures mécanique, thermique et hydrique.

Le groupe de travail s’intéresse particulièrement au cas de sollicitations hygro-thermo-mécaniques combinées conduisant à des phénomènes de couplages : interactions entre l’état mécanique locale et le comportement diffusif effectif des matériaux composites par exemple.

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Résultats scientifiques marquants

 

Les contributions issues de ces travaux peuvent être classées en deux axes majeurs :

  • Contraintes résiduelles d’élaboration :

– Calcul des contraintes résiduelles multiéchelles induites par le procédé d’élaboration des matériaux composites. Cette approche permet d’introduire la notion de contrainte seuil comme critère d’apparition ou de relaxation des contraintes résiduelles et de prendre en compte l’existence d’une anisotropie de retrait chimique et d’une dépendance des propriétés au degré d’avancement de la réaction de polymérisation ou de cristallisation.
– Caractérisation des retraits chimiques, des dilatations thermiques et de l’évolution des rigidités en cours d’élaboration.

  • Approches hygro-mécaniques multiéchelles :

– Extension des modèles de transition d’échelles à champs moyens au cas des sollicitations hygro-mécaniques. Parallèlement, nous développons des approches à champs complets dans un contexte déterministe ou stochastique.
– Conception d’essais sous chargement hygro-thermo-mécaniques couplés et mise en place d’une instrumentation associée : essais de vieillissement sous pression ou différents chargements mécaniques, mesures in situ des gradients de déformations hygro-thermo-élastiques par l’insertion de fibres optiques, utilisation de méthodes optiques de mesures de champs.
– Proposition d’approches hygro-mécaniques couplées permettant d’introduire de manière explicite un couplage entre la diffusion d’humidité et les contraintes internes. À ce titre, la théorie du volume libre et des approches thermodynamiques sont couplées à des méthodes multiéchelles. Ce type d’approche est étendu aux cas des structures sandwich et des biocomposites.

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Projets en cours

 

  • ANR : INDUSCOL (INstrumentation et DUrabilité des Structures multi-matériaux COLlés des systèmes EMR)
  • CEA : Évaluation des contraintes lors d’une opération de collage
  • CNRS (Défi Mécanobiologie) : ENAMEL (Evaluation des interactions mécaniques nanoparticule-membrane cellulaire via l’utilisation de nanoassemblages élastiquement modulables)
  • FUI : NCFHP² (Textiles hautes performances et haute productivité à base de fibres de carbone pour matériaux composites thermodurcissables)
  • Bourses CIFRE : ESI, AIRBUS HELICOPTERS

 

Personnels impliqués

Permanents:

– BRANCHU Samuel – Maître de Conférences
– CASARI Pascal – Professeur
– CELINO Amandine – Maître de Conférences
– CLEMENT Alexandre – Maître de Conférences
– FAJOUI Jamal – Maître de Conférences (HDR)
– FREOUR Sylvain – Maître de Conférences (HDR)
– GIRARD Marion – Maître de Conférences
– JACQUEMIN Frédéric – Professeur
– LEGRAND Vincent – Maître de Conférences (HDR)
– PERON Maël – Maître de Conférences

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