Choc mou basse énergie sur composite interlock 3X : approche expérimentale et numérique

Low energy soft impact on interlock 3X composite: experimental and numerical approach

¹ Institut de Mécanique et Ingénierie de Bordeaux (I2M), Département Durabilité Matériaux Assemblages Structures (DUMAS), site Arts et Métiers ParisTech (AMP), Esplanade des Arts et Métiers, 33405 Talence Cedex, France
e-mail : frederic.dau@ensam.eu; dkyann@hotmail.com
² EADS Innovation Works, 81663, Munich, Germany
e-mail : sebastian.heimbs@eads.net

Reçu : 26 Septembre 2011
Accepté : 13 Mars 2012

Résumé

Dans ce travail, on s’intéresse aux mécanismes d’endommagement qui apparaîssent lors d’un choc mou entre un impacteur déformable en caoutchouc et une plaque composite tissée 3D (interlock 3X). Des impacts basses énergies sont réalisés à l’aide d’une tour de chute. L’impacteur en caoutchouc est de forme hémisphérique. La cible, obtenue par procédé RTM, est en fibre de carbone et résine RTM 6. Plusieurs impacteurs de différentes duretés et de différents diamètres d’une part, et des tissus avec différents degrés de renfort 3D d’autre part, sont disponibles pour cette étude pour permettre une analyse de variabilité ultérieure. Dans ce papier, les résultats obtenus avec un impacteur de diamètre 40 mm sont présentés. L’accent est mis à la fois sur les moyens expérimentaux employés pour l’analyse des endommagements (Analyse par stéréo-corrélation d’images, Thermographie IR, Micrographie) et sur les développements numériques menés en parallèle (FEM) avec le logiciel Abaqus. Contrairement aux composites stratifiés UD, la notion de délaminage n’est plus appropriée pour ce type de composite tissé 3D. Des décohésions et ruptures de torons ainsi que des fissurations matricielles sont majoritairement identifiées.

Abstract

Analyzing damage mechanisms when a deformable impactor is impacting a reinforced 3D woven composite (interlock 3X) is aimed in this work. Low energy impacts are considered in this soft shock configuration using a drop test tower. Materials involved in this study are hemispherical rubber impactors and carbon fibers in RTM 6 resin for the composite target plate. Elastomer impactors with different hardness and diameters and composite plates with different degrees of reinforcement in the thickness are available for this study so that the influence of impact conditions (mass, hardness, diameters, 3D reinforcement, ...) on the damage mechanisms could be assessed. The focus of the impact tests presented in this paper will be on the 40 mm impactor. The experimental measurements and analysis (Digital Image Correlation, IR thermography, micrography) as the numerical FEM investigations are particularly highlighted in this paper. In contrast to regular unidirectional composite laminates, no delaminations occur in such a 3D textile composite. Yarn decohesions, matrix craks and yarn ruptures are identified as the major damage mechanisms.