VERTEX

Validations ExpéRimentales et modélisations des structures composites sous solliciTations complEXes



Partenaires





Objectifs et Méthodes


L'utilisation des matériaux composites se généralise dans les domaines de l'énergie et des transports. Si en aéronautique, la réduction de masse est un souci constant, cette problématique devient cruciale dans le ferroviaire et l'automobile. De nombreux challenges scientifiques accompagnent ou anticipent ce développement. En particulier, quelles que soient les problématiques scientifiques ou les technologies, il est nécessaire de développer des méthodologies de validation à des échelles raisonnables à la fois en termes de pertinence scientifique et de cout.  Pour l'instant, les modèles et essais développés par la communauté scientifique sont essentiellement limités à des sollicitations simples sur des éprouvettes basiques. Le caractère particulier des matériaux composites (fibres + résine + polymérisation) est que le matériau ne préexiste pas à la structure. Aussi, des approches multi-échelles ou multi-niveaux du matériau à la structure se révèlent pertinentes. Or, jusqu'à présent la recherche académique s'est énormément investie aux échelles les plus basses (micro, méso ou coupon) afin d'identifier et de modéliser les divers modes d'endommagements.


Eprouvette FHC typique des essais « coupons ».


Aussi, le projet VERTEX se propose de développer une méthodologie d'analyse et de validation générale à l'échelle d'éprouvettes de la taille de quelques dizaine de centimètres. Le choix de cette échelle permet un positionnement original à l'échelle dite des détails structuraux (deuxième niveau de la pyramide des essais) et permet de traiter une très large gamme de problèmes fondamentaux ou industriels. Dans le cadre de VERTEX, on s'est en particulier intéressé aux grandes coupures dans les stratifiés.


Pyramide des essais.


De plus, la particularité de VERTEX est de proposer une méthode d’analyse ou de validation par essais statiques sous sollicitations complexes alors que tous les essais académiques ou industriels sont uniaxiaux. A cet effet un montage d’essai spécifique, financé par le CPER et donc la région Occitanie a été développé. Il permet de charger en traction/compression à 3000 N/mm et en cisaillement à 2000 N/mm. Il est en sus possible de mettre une pression interne à 1.6 bars grâce à une vessie. Les éprouvettes, qui ont une zone d’intérêt de 400 x400 mm2 sont fixées sur un caisson central par 128 vis.


Principe du montage d’essai VERTEX, montage de et vue des éprouvettes.



Montage d’essai VERTEX financé par la région Midi-Pyrénées et réalisé par la société SOGECLAIR Aerospace.


Une des principales difficultés de ce type d’essais structuraux est l’estimation des conditions aux limites et du chargement réellement appliqués à l’éprouvette pendant l’essai. Aussi, une méthodologie d’instrumentation spécifique a été développée (Fig. 2). Dans ce projet, on s’est orienté vers l’utilisation de la Stéréo Corrélation d’Images Numériques (Stéréo-CIN ou SCIN). Elle permet de fournir des champs cinématiques mesurés à comparer aux champs cinématiques calculés en vue de la validation et une information (partielle) des conditions aux limites à imposer au modèle. Dans cette étude, pour aller plus loin dans le dialogue essais/calculs, l’objectif est de mesurer directement les conditions aux limites à appliquer à la simulation (déplacements et rotations ou déplacements dans l’épaisseur selon la modélisation). Ce point sera développé dans la partie instrumentation et dialogue calcul/essai. Trois paires de caméras sont utilisées pour des mesures champs proche et champs lointains.


Instrumentation de l’essai par Stéréo CIN : grappe de 6 caméras et 3 régions d’analyses correspondantes.