Proposition of a unified model to predict strength and fatigue lifetime of 3D woven composite structures with polymer matrix

Proposition d'un modèle unifié pour la prévision de la tenue et la durée de vie de structures composites tissées 3D à matrice organique

Frédéric Laurin (1) , Myriam Kaminski (1) , Lise Angrand (2) , Rodrigue Desmorat (3)

1 DMAS, ONERA, Université Paris Saclay (COmUE) [Châtillon]
2 Safran Aircraft Engines
3 LMT - Laboratoire de Mécanique et Technologie

A unified damage and failure approach has been proposed to estimate the failure of 3D woven composite materials with polymer matrix subjected to static and/or fatigue loadings. Indeed, the existing damage and failure approach developed by Onera for static loading has been extended in the present paper to predict the damage evolution during fatigue loading, even for multiaxial spectral loadings, using an incremental damage formalism. The fatigue lifetime predictions, meaning the evolution of apparent modulus and S-N curves for different stress ratios, have been compared successfully with the available tests carried-out by Safran Groupor Onera. Moreover, this unified approach has been implemented into a commercial finite element code and applied successfully to different composite structures, presenting an increasing complexity, subjected to fatigue loadings.

Une approche unifiée de l’endommagement et la rupture a été proposée pour prévoir la ruine et la durée de vie de matériaux composites tissés 3D à matrice polymère soumise à des charges statiques et/ou de fatigue. L'approche macroscopique de l’endommagement et de la rupture développée par l'Onera pour les chargements statiques a été étendue dans cette étude pour prévoir l'évolution des endommagements durant les chargements de fatigue, même pour des chargements spectraux multiaxiaux, en utilisant un formalisme d’endommagement incrémental. Les prévisions de durée de vie en fatigue, aussi bien en termes d'évolution du module apparent que de courbes S-N pour différents rapports de charge, ont été comparées avec succès aux essais disponibles réalisés par le groupe Safran ou à l’Onera. De plus, cette approche unifiée a été mise en œuvre dans un code commercial par éléments finis et appliquée avec succès à des structures composites, présentant une complexité croissante, soumises à des chargements de fatigue.

Mots clés: 3D woven composite materials; fatigue; damage; fatigue lifetime; finite element simulation

Mots clés: Composite tissé 3D; fatigue; endommagement; durée de vie; simulation par éléments finis

Domaines: Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]

Frédéric Laurin, Myriam Kaminski, Lise Angrand, Rodrigue Desmorat. Proposition d'un modèle unifié pour la prévision de la tenue et la durée de vie de structures composites tissées 3D à matrice organique. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420750⟩