Wound composites damage modelling and characterization. Application to burst prediction of hyperbaric wound composite pressure vessels
Caractérisation et modélisation de l'endommagement des composites bobinés. Application à la prédiction de l'éclatement des réservoirs bobinés hyperbares
Résumé
A damage model dedicated to wound composite is developed by using the tools of continuousdamage mechanics, irreversible processes thermodynamics and the representation theory of tensorfunctions. The particularity of this model is the use of a fixed directions approach of damage whichassociates each degradation mode to internal scalar variables and directional tensors. Fiber breakage(considered probabilistic), matrix cracking (transverse, out-of-plane or caused by shear) are thustaken into account. The model is able to reproduce, in a three-dimensional context imposed bythick composite layers, loss of strength, interaction between initial and induced anisotropy, nonlinearitybehavior, residual strain and shear viscosity. To validate this approach, thermo mechanicalbehavior of specimens from the wound structures was characterized by tensile multi - instrumentedtests (video - traction, acoustic emission, ...). We show that the model is able to simulate not onlythe macroscopic mechanical response of these samples, but also to reproduce the recorded acousticemission to distinguish the various forms of damage and to accurately predict the burst ofhyperbaric tanks.
Un modèle d’endommagement dédié aux composites bobinés est développé à partir des outils de lamécanique de l’endommagement continu, de la thermodynamique des processus irréversibles et dela théorie de représentation des fonctions tensorielles. La particularité de ce modèle est l’utilisationd’une approche à directions fixes de l’endommagement qui associe à chaque mode de dégradationdes variables internes scalaires et des tenseurs directionnels. La rupture des fibres (considéréecomme probabiliste), les fissurations tant matricielles, que hors – plan ou provoquées par lecisaillement sont ainsi prises en compte. Le modèle est capable de reproduire, dans un contextetridimensionnel imposé par les fortes épaisseurs de composite, la perte de rigidité, l’interaction entreanisotropies initiale et induite, la non linéarité du comportement, les déformations résiduelles et laviscosité en cisaillement. Afin de valider cette approche, le comportement thermomécaniqued’éprouvettes issues de structures bobinées a été caractérisé grâce à des essais de traction multi –instrumentés (vidéo – traction, émission acoustique,...). On montre que le modèle est capable nonseulement de simuler la réponse mécanique macroscopique de ces échantillons, mais également dereproduire l’émission acoustique enregistrée, de distinguer les différentes formesd’endommagement et de prédire précisément l’éclatement des réservoirs hyperbares.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)
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