Comportement et endommagement dynamique multi-échelle de composites SMC-R26

Multi-scale dynamic and damaged behaviour of SMC-R26 composite

¹ LIM UMR-CNRS 8006, ENSAM Paris
² LPMM UMR-CNRS 7554, ENSAM Metz

Résumé

Les exigences de sécurité passive, dans l'industrie du transport, imposent de maximiser la dissipation de l'énergie et de minimiser les décélérations subies par les passagers d'un véhicule lors de chocs violents (crash). Les travaux de recherche, développés actuellement dans cette thématique, s'inscrivent dans un courant fort qui mobilise de nombreux laboratoires de recherche en France et à l'étranger. Ils visent à apporter des réponses pertinentes aux préoccupations émanant notamment de l'industrie automobile. Cependant, à l'heure actuelle, les lois de comportement implémentées dans les codes de calculs dynamiques explicites (Radioss, Pam-Crash, LS-Dyna) n'intègrent pas encore suffisamment la physique de la cinétique de dégradation, la variabilité et surtout l'hétérogénéité de la microstructure des matériaux composites. Ces aspects deviennent primordiaux dans le cas de composites à renfort aléatoire. Cet article présente des résultats expérimentaux sur l'effet de la vitesse de déformation (jusqu'à 200 s^-1) sur les propriétés mécaniques, en particulier celle relatives à l'endommagement. Cet effet est quantifié à l'échelle micro au travers de la densité de fissures et à l'échelle macro au travers de la mesure des pertes de raideur. Ces résultats servent de base à la construction d'un modèle prédictif multi-échelle de comportement. Une nouvelle loi de comportement dynamique anisotrope est proposée. Les données de cette loi sont fonction des paramètres de la microstructure comme l'orientation, la longueur, la fraction volumique des renforts et des propriétés mécaniques des renforts, de la matrice et de l'interface. La méthodologie expérimentale et théorique est appliquée à un composite de type SMC (Sheet Moulding Compound)

Abstract

The requirements of passive security, in the transport industry, impose to maximize the dissipation of the energy and to minimize the decelerations undergone by the passengers of a vehicle at the time of violent shocks (crash). The research works, developed currently in this thematic, appear in a strong current that mobilizes many laboratories of research in France and abroad. They aim to bring suitable answers to the preoccupations emanating the transport industry notably. These aspects become primordial in the case of composites with random reinforcement. However, currently, the behaviour laws implemented in the dynamic explicit schemes (Radioss, Pam-Crash and LS-Dyna ) do not integrate sufficiently the physics of the deterioration kinetics, the variability and especially the heterogeneity of the composite materials microstructure. Damage mechanism have been analysed at different scales. Performing interrupted tests at different high strain rates, the lost of stiffness and the number of cracks have been determined simultaneously. These data obtained for a SMC (Sheet Moulding Compound) have been used to develop a modelling of the anisotropic behaviour of damaged composite for strain rate up to 200 s^-1. This paper presents the building of a multi-scale predictive model coupling specific experimental methodologies and the formulation of damageable behaviour laws for discontinuous fibre reinforced composites materials.