MODELE NUMERIQUE ET CARACTERISATION EXPERIMENTALE

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1 MODELE NUMERIQUE ET CARACTERISATION EXPERIMENTALE
MODELE NUMERIQUE ET CARACTERISATION EXPERIMENTALE DE L’INTERFACE FIBRE/MATRICE DANS DES COMPOSITES A FIBRES LONGUES DE CHANVRE : TESTS DE FRAGMENTATION D. Vasconcellos, C. Bonnafous, F. Touchard, L. Chocinski-Arnault Institut Pprime – CNRS – ENSMA – Université de Poitiers – Département Physique et mécanique des Matériaux 1, avenue Clément Ader - BP F86961 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex 1. Problématique 3. Résultats  Fragmentation du fil dans le modèle numérique. L’étude de l’endommagement des composites chanvre/époxy a montré le rôle prédominant de l’ interface fibre/matrice. 10 mm X Y S, Mises (Avg: 75%) +1.401e+02 +1.285e+02 +1.169e+02 +1.053e+02 +9.370e+01 +8.211e+01 +7.051e+01 +5.891e+01 +4.732e+01 +3.572e+01 +2.412e+01 +1.253e+01 +9.287e-01 Cette interface est caractérisée par l’étude de la fragmentation des fils dans des éprouvettes monofilamentaires. 1 mm X Y  Comparaison du nombre de fragments pour quelques valeurs de μ dans la simulation numérique et pour deux résultats expérimentaux (exp1 et exp2). Photographie d’une éprouvette monofilamentaire chanvre/époxy soumise au test de fragmentation avec la position des fragmentations (Bonnafous, 2010). BUT  Modèle en trois dimensions des éprouvettes monofilamentaires, capable de simuler la fragmentation du fil, de façon à reproduire l’état de triaxialité et à identifier la loi de comportement de l’interface fibre/matrice par comparaison avec les résultats expérimentaux. Meilleure concordance entre numérique et expérimental pour μ = 0,5. 2. Modèle Numérique sur ABAQUS® Y Z X résine fil 10 mm Lois de comportement  Comparaison de la position temporelle des fragments entre les résultats expérimentaux et numériques (μ=0,5). élastique linaire isotrope E = 7110 MPa ν = 0,2 Fil Résine loi élasto-plastique E = 3440 MPa ν = 0,39 Bonne correspondance des positions temporelles des fragments, numérique et expérimental. Coupe dans la géométrie du modèle numérique de l’éprouvette monofilamentaire. Modèles d’endommagement Fil Rupture brutale à une déformation moyenne de 2,2%. Modélisation par « XFEM »  Module Implicite d’Abaqus®. Critère d’initiation: déformation principale maximale > 2,2%. Critère d’évolution: énergie de rupture = 0,01 N/mm  rupture brusque.  Comparaison des champs de contrainte, expérimental obtenu par photoélasticimétrie et numérique (μ=0,5). 1 mm X Y Résine Rupture à une déformation plastique de 2,73%. Modélisation par « Damage and failure for ductile metals » pour les materiaux à comportement plastique. Critère d’initiation: déformation plastique équivalente > 2,73% (liée à la triaxialité et au taux de déformation). Critère d’évolution: énergie de rupture ≈ 0  rupture brusque. 4. Conclusions et Perspectives Le modèle permet : Simulation correcte de la fragmentation du fil dans l’éprouvette, des gradients de contrainte dans chaque fragment et dans la résine. Bonne représentativité temporelle du modèle concernant l’apparition des fragments. Améliorations envisagées : Optimisation du maillage. Loi de comportement orthotrope pour le fil. Modélisation plus fine de l’interface (loi de cohésion, interphase, …). Modèle de l’interface fibre/matrice Contact entre deux surfaces  « Surface-to-surface contact ». Pression normale : contact « hard »  pas de pénétration entre les surfaces. Cohésion tangentielle : force de frottement coulombien  coefficient (μ)