Study, characterisation and modelling of residual stresses in fiber-reinforced composite laminates

Étude, caractérisation et modélisation des contraintes résiduelles dans les composites stratifiés à renforts fibreux Cette thèse porte sur la mesure du profil des contraintes résiduelles dans les composites à renfort fibreux par la méthode du trou incrémental. Dans cette étude, des outils numériques et expérimentaux adaptés à la mesure des contraintes résiduelles ont été développés et les comportements thermiques, chimiques et mécaniques des composites pendant l’enlèvement de matière ont été analysés. Une compréhension approfondie et complète de la méthode du trou incrémental est nécessaire à la détermination fiable du gradient des contraintes résiduelles dans les composites. Cette méthode consiste en un perçage progressif au travers de l’épaisseur du matériau. Les déformations de relaxation induites par le perçage sont mesurées pour chaque incrément de profondeur. Ces déformations sont ensuite converties en contraintes grâce à des coefficients de calibration calculés par simulations numériques (méthode des éléments finis).Dans la partie numérique, un modèle éléments finis configurable basé sur du Abaqus Scripting (routines codés en Python) est développé pour automatiser le calcul des coefficients de calibration. Ce modèle configurable a également été utilisé pour effectuer des études paramétriques sur la méthode du trou incrémental afin d’évaluer la sensibilité de cette méthode aux erreurs expérimentales. Cela a permis d’identifier les étapes critiques du protocole expérimental et de proposer des solutions pour minimiser les erreurs. Dans la partie expérimentale, le dispositif conçu et fabriqué pour mesurer les déformations de relaxation est présenté. Ce dispositif est développé de manière à minimiser les erreurs telles que : les erreurs sur la profondeur d’incrément, le mauvais alignement des jauges de déformations par rapport aux fibres et l’excentricité du trou par rapport à la rosette. Les contraintes résiduelles d’échantillons unidirectionnels fabriqués dans différentes conditions sont déterminées. La réponse thermique des jauges pendant le perçage, ainsi que les conséquences de l’échauffement sur les propriétés chimiques locales de la résine sont étudiées.