Caractérisation des jonctions composites thermoplastiques surmoulées et méthode de dimensionnement des structures hybrides

La demande croissante de matériaux composites légers et performants, notamment ceux à matrice thermoplastique, dans l'industrie des transports, nécessite le développement de processus de fabrication efficaces et fiables. Dans ce contexte, le CETIM et ses partenaires industriels ont mis au point un procédé de surmoulage qui consiste à injecter des composites thermoplastiques renforcés de fibres discontinues sur une structure de support renforcée par des fibres continues. Les performances mécaniques des structures qui en résultent, caractérisées par une zone critique de liaison à l'interface entre le stratifié à fibres continues et la partie surmoulée en fibres discontinues, dépendent de divers paramètres liés aux matériaux, à la géométrie et au procédé. Cette thèse de doctorat vise à développer une stratégie complète pour la caractérisation expérimentale, la modélisation numérique et la simulation de l'endommagement et de la rupture au sein de cette zone de liaison. La première partie du travail se concentre sur la compréhension des paramètres influençant les performances mécaniques afin d'optimiser la conception, la définition du procédé et le dimensionnement. Un modèle de zone cohésive (CZM) est utilisé pour simuler le comportement en rupture. Une approche pilotée par la dissipation est également intégrée via un User Element dans Abaqus pour gérer les instabilités pendant le processus de rupture, permettant ainsi des prévisions plus précises de la charge maximale. La deuxième partie consiste à réaliser des essais expérimentaux pour identifier les paramètres servant d'entrée au modèle et valider l'approche numérique. Pour la caractérisation des taux de restitution d'énergie critiques, les essais de pelage à tambour grimpant (PTG) et d'End-Notched Flexure (ENF) sont modifiés pour les adapter au cas asymétrique du stratifié/surmoulage. Pour la caractérisation de la contrainte maximale et la validation du modèle, des dispositifs d'essais isostatiques spécialement conçus ont été développés. Le dispositif utilisé permet de maîtriser les conditions aux limites en plaçant l'ensemble du montage sur la machine entre deux rotules, rendant ainsi la chaîne assemblage/machine isostatique. La méthode de dimensionnement proposée, validée par la simulation et les essais expérimentaux, offre une approche pratique pour la conception industrielle des structures comportant des joints surmoulés. Les résultats montrent que la méthodologie capture efficacement les aspects critiques des performances de la zone de liaison, permettant ainsi des conceptions plus fiables et optimisées des structures composites thermoplastiques dans les applications industrielles.