Identification of the quasi-static behavior of a thermoplastic woven composite sensitive to the environmental conditions using numerical homogenization

Identification du comportement quasi statique avec prise en compte des conditions environnementales d'un composite tissé thermoplastique par homogénéisation numérique

Patrick Rozycki (1) , Anh Tuan Dau (1) , Mamadou Adboul Mbacke (2)

1 GeM - Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique
2 IRT Jules Verne - Institut de Recherche Technologique Jules Verne [Bouguenais]

The character of some thermoplastic matrices can strongly influence the behavior of composites due to their sensitivity to the environmental conditions (temperature and/or hygrometry level). When the technical specifications of a design requires a validation of the structure behavior in wide range of temperature and/or hygrometry level, the experiments for both quasi-static and dynamic loadings become expensive and cumbersome. That can greatly restrict the rapid designs of structural pieces, in particular if only main mechanical characteristics such as rupture strain/stress or energy to be dissipated have only to be found. In order to answer to this problem, this paper is dealing with the identification of the quasi-static behavior of such composite using a homogenization at two scales (one for the yarns and one for the composite): in this case, the experiments are reduced because they only concern the matrix. The first obtained results for the ambient temperature and for two different level of hygrometry lead to promising answer to this problematic. These results also offer the important keys of research outlooks related to a better water distribution inside the composite and the consideration of non-perfect fibers/matrix or yarns/matrix interfaces.

La nature de certaines matrices thermoplastiques peut avoir un rôle prépondérant dans le comportement des composites en fonction des conditions environnementales (température et/ou hygrométrie). Lorsque les cahiers des charges de conception requièrent une validation du comportement des pièces sur des plages importantes de température et/ou d’hygrométrie, les campagnes expérimentales de caractérisation en quasi-statique et/ou en dynamique deviennent alors très coûteuses et longues. Cela peut constituer un frein dans le cas de préconceptions rapides et notamment lorsqu’on ne souhaite avoir seulement des grandeurs caractéristiques globales telles que contrainte/déformation à rupture, énergie à dissiper... Afin d’apporter une solution à cette problématique, les travaux proposés dans ce papier s’intéresse à l’identification du comportement en quasi-statique de ces matériaux composites en utilisant une homogénéisation numérique à double échelle (une pour les torons et l’autre pour le composite) : dans ce cas, les campagnes de caractérisation sont allégées puisqu’elles ne concernent que la matrice. Les premiers résultats obtenus à température ambiante et pour deux niveaux d’hygrométrie différents apportent une réponse encourageante à la problématique et ouvrent les perspectives des futurs travaux notamment sur une meilleure prise en compte de la répartition de l’eau au sein du composite ainsi que des interfaces fibres/matrice ou torons/matrice non parfaites.

Mots clés: Homogenization; Woven; Thermoplastic; Hygrometry; Temperature

Mots clés: Homogénéisation; Tissu; Thermoplastique; Hygrométrie; Température

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

Patrick Rozycki, Anh Tuan Dau, Mamadou Adboul Mbacke. Identification du comportement quasi statique avec prise en compte des conditions environnementales d'un composite tissé thermoplastique par homogénéisation numérique. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420751⟩