Optimisation des paramètres géométriques et mécaniques des patches en composites pour la réparation des structures fissurées
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Date
2012-10-30
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Abstract
Résumé :
L’environnement extérieur d’une structure aéronautique est souvent la source de nombreux dommages. Ces structures sont soumises en service à des sollicitations mécaniques donnant lieu à des états de contraintes généralement multiaxiales et à amplitude variable, ce qui provoque l'apparition de fissures. Une alternative à la réduction de sa vitesse de propagation consiste à les renforcer par patch composite afin de transférer les charges de la zone endommagée vers le patch. L'optimisation de ce patch améliore les performances de la réparation et permet de réduire considérablement le volume occupé par le patch et par conséquent de soulager la structure par la diminution du poids. Ce travail s’inscrit dans le cadre de l'optimisation des paramètres géométriques et mécaniques du patch composite ainsi que l'adhésif de réparation des structures fissurées sollicitées en mode I et en mode mixte.
Différentes formes de patch sont modélisées numériquement par la méthode des éléments finis tridimensionnels. L’approche énergétique, de la mécanique non linéaire de la rupture, fondée sur l’intégrale J de Rice, est utilisée pour décrire le comportement en rupture de la plaque réparée par patch. Cette intégrale représente la fonction objective à minimiser.
Les principaux résultats montrent que la performance de la réparation par patch en composite dépend non seulement des propriétés mécaniques de l'adhésif et de son épaisseur, mais également de la géométrie du patch et de ses dimensions ainsi que la séquence d’empilement. L'épaisseur du patch peut être considérée comme un paramètre d’optimisation primaire. La meilleure performance de réparation est obtenue pour un patch de forme étoile; un patch rectangulaire conduit à des résultats quasi-similaires. La durée de vie d’une structure réparée est limitée par celle de l’adhésif. L´épaisseur de la colle et de son module de cisaillement sont des paramètres déterminant le comportement du renforcement. La rigidité du patch joue un rôle très important dans le processus de réparation. Il existe une séquence d’empilement optimale conduisant à la minimisation de l'énergie de rupture en pointe de fissure.
Mots clés : Optimisation ; Patch composite ; Fissure ; Réparation ; Intégrale J; Adhésif ; Séquence d’empilement.
Description
Doctorat en Sciences
