Développement d'un modèle permettant de prédire la durée de vie d'une structure en composite tissé présentant un défaut interne

Abstract

Ce projet de maîtrise présente le développement d’un modèle permettant de prédire la durée de vie d’une structure en composite tissé présentant un défaut interne, à l’aide notamment de la technique de monitorage par émissions acoustiques (EA). Ce travail s’inscrit dans le projet de recherche CRIAQ-COMP 407 “Limites de croissance des défauts dans les composites” dont le but est le développement de méthodes expérimentales et numériques permettant de déterminer l’initiation de la délamination et des fissures en fatigue sous conditions environnementales variées. Ce modèle se base notamment sur deux étapes principales : la réalisation d’essais expérimentaux de mécanique de la rupture permettant de générer des critères de rupture en quasi-statique et en fatigue, et le développement d’un modèle par éléments finis permettant de prédire le comportement à la rupture autour d’un défaut artificiel. Les essais expérimentaux ont été réalisés sous différentes conditions environnementales afin de créer un modèle de prédiction pour chacune d’entre elles. Le modèle a ensuite été comparé aux résultats obtenus expérimentalement sur les mêmes échantillons. Ce mémoire est organisé en quatre chapitres. Le premier constitue une introduction à la problématique de recherche et présente le contexte global. Le second présente un état de l’art détaillé traitant notamment du comportement des matériaux composites en quasi-statique et en fatigue et des méthodes de caractérisation et de prédiction de la rupture. Sont aussi abordées toutes les méthodes inhérentes à la technologie de monitorage par émission acoustique (EA), l’analyse et le traitement des signaux d’EA, et leurs applications pour identifier les mécanismes de rupture. Le troisième chapitre présente les résultats obtenus au cours du développement du modèle de prédiction. Dans un premier temps, le détail des configurations est donné sur les différents échantillons utilisés au cours de ces travaux. Ensuite, les critères de rupture obtenus en quasi-statique et en fatigue, ainsi que la démarche utilisée pour les établir sont présentés. Le développement du modèle numérique fait également l’objet d’une section, et enfin les résultats de la prédiction sont présentés dans une dernière section et comparés aux résultats obtenus expérimentalement. Enfin, le dernier chapitre présente la conclusion générale de ce travail de recherche et présente la perspective des futurs travaux.

Abstract : This master thesis presents the development of a fatigue life prediction model for a plain weave composite structure with an embedded flaw, using the acoustic emission monitoring technique (AE). This works is part of the CRIAQ-COMP 407 research project, aiming to develop this prediction model. This model is based on two main analysis steps: failure experimental tests, generation of quasi-static and fatigue failure criteria, and the development of a finite element numerical model to predict the failure comportment around the artificial flaw. Experimental tests were done under various environmental conditions to create a prediction model for each one of them. The prediction model was then compared with the results obtained from experimental tests with the same samples and under the same loading (tension-tension) conditions. This thesis is organized into four chapters. The first Chapter is an introduction to the research context and presents the CRIAQ-COMP 407 project in detail. The second Chapter is a literature review, including the composite materials comportment under quasi-static and fatigue loading, the ways in which the characterization of such composites is done, and how to predict the failure. The acoustic emission monitoring technique is also presented, including the acoustic emission signals processing and their use to identify the failure mechanisms. The third one presents all the results obtained during the prediction model development. First, all the details about the configurations of samples used during tests are given. Then, all failure criteria obtained during quasi-static and fatigue tests are presented. The development of the numerical model is then addressed, and finally the results of the prediction model are given in the last section, then compared with the experimental results. The last Chapter is a general conclusion of this research work and gives the future perspective of this project.