Study of the strain gradient effect on compressive failure of CFRP composites

L’objectif de cette thèse est de quantifier l’effet du gradient de déformation sur la tenue en compression du carbone/époxy AS4/8552, d’abord sur plaques lisses puis sur plaques trouées. Une méthodologie expérimentale dédiée est développée : un montage de compression rotulée, inspiré de Wisnom, est conçu, et une première campagne est menée sur des stratifiés cross-ply de 8, 16 et 32 plis afin de balayer plusieurs niveaux de gradient de déformation. Il est observé que seules les éprouvettes 32 plis cassent en compression, tandis que les 8 et 16 plis cassent en traction. Pour garantir une rupture systématique côté compression, une nouvelle méthodologie expérimentale à base d'éprouvettes bi-matériau (composite/alu), provoquant la rupture sur la face en compression des éprouvettes 8 et 16 plis. Ainsi il a été possible d'obtenir l'effet du gradient de déformation sur tenue en compression pour le matériau étudié.L’analyse des effets de drapage est ensuite conduite. L’épaisseur du pli 0° est variée dans des cross-ply pour isoler son influence, puis des stratifiés quasi-iso, représentatifs des applications industrielles, sont étudiés afin d’évaluer l’impact de la position du 0° et du voisinage des plis adjacents. En complément, un modèle numérique de type Discrete Ply Model (DPM) est développé pour reproduire les essais, en intégrant le renfort de la tenue en compression en fonction du gradient de déformation, observée expérimentalement. La confrontation essais/simulations permet de valider la fiabilité des calculs, d’éclairer le scénario de ruine et d’expliquer les effets de drapages observée expérimentalement.L’approche est enfin étendue aux plaques trouées, introduisant un gradient supplémentaire dans le plan dû aux concentrations de contraintes au bord du trou, cas emblématique des zones d’assemblage. Des stratifiés quasi-isotropes de 8, 16 et 32 plis sont testés pour des diamètres de trou compris entre 2 et 4 mm. Il est ainsi procédé à une évaluation conjointe des effets des gradients hors-plan et dans le plan sur la tenue en compression, avec des retombées directes pour le dimensionnement industriel des assemblages.