Structures composites (UE5-c)

Code UE : USAE22

  • Cours
  • 2 crédits

Responsable(s)

Luc LAURENT

Public et conditions d'accès

  • Mécanique des milieux continus
  • Algèbre linéaire
  • Mise en œuvre des matériaux composites.

Objectifs pédagogiques

  • Apporter aux étudiants des connaissances générales sur les matériaux composites et plus particulièrement sur leurs performances.
  • Fournir les bases et les outils nécessaires au dimensionnement de structures composites.

Compétences visées

  • Prédire et modéliser le comportement mécanique d'un pli.
  • Pré-dimensionner analytiquement ou numériquement des structures composites à géométrie simple (e.g. plaques multicouches).
  • Connaître les différents moyens d'essais relatifs à la caractérisation des composites.

Contenu

  • Généralités sur les composites: Classification des matériaux composites (stratifiés, sandwich, tissés, fibrés,…) et présentation des éléments constituants d’un matériau composite (résines, charges, fibres…)
  • Lois de comportement des composites: Expression des matrices d’élasticité et de souplesse pour des matériaux isotrope, isotrope transverse, anisotrope, orthotrope.
  • Généralités sur les changements de base en notation de Voigt (matriciel).
  • Comportement d’un composite unidirectionnel à fibres longues
  • Constantes élastiques d’un pli dans une direction quelconque : application des formules de changement de base.
  • Caractérisation des propriétés matériau à partir d’essais normalisés (traction, flexion, …).
  • Caractéristiques du mélange renfort/matrice.
  • Propriétés d’un composite unidirectionnel à partir des propriétés de ses constituants (matrice et fibres) par la loi des mélanges.
  • Mécanique de la rupture et de l’endommagement: Rappels sur le critère de Von Mises pour les matériaux isotropes et présentation des critères de rupture pour les matériaux composites (critères de Tsai-Hill et Tsai-Wu, critère de la contrainte ou de la déformation maximale).
  • Comparaison des différents critères sur un composite pli unidirectionnel.
  • Comportement mécanique des stratifiés
  • Généralités sur la théorie des stratifiés et sur la théorie des plaques (champs de déformation et de contrainte, résultantes et moments).
  • Comportement mécanique de plaques minces multicouches en théorie de Kirchhoff-Love (définition des matrices A, B, D de rigidités globales des plaques, phénomènes de couplage membrane/flexion et tension/cisaillement).
  • Comportement hygro-thermo-mécanique d'un matériau composite: Etude des effets de dilatation thermique ou de gonflement hygrométrique sur le comportement mécanique de plaques minces multicouches (e.g. contraintes résiduelles dans le matériau après polymérisation de la matrice).
  • Essais mécaniques de matériaux composites
  • Présentation des différents moyens de mesure des propriétés mécaniques des matériaux composites (fraction volumique de fibre, modules élastiques, …) et des paramètres intervenants dans les critères de rupture.

Modalité d'évaluation

  • Devoirs
  • Travaux pratiques

Bibliographie

  • J.-M. Berthelot : "Matériaux composites : comportement mécanique et analyse des structures - 5e édition", Éd. Hermès, 2012.
  • D. Gay : "Matériaux composites - 5e édition", Éd. Hermès, 2005.
  • C. T. Herakovich : "Mechanics of fibrous composites", Éd. Wiley, 1998.

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