Influence de l’alignement des fibres sur la rupture des composites en compression sens fibre

Effect of fibers alignment on the failure of composites in compression in the fiber direction

¹ Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, LMA, UPR 7051, 4 impasse Nikola Tesla, CS 40006, 13453 Marseille Cedex 13, France
² Centre de recherche de l’Armée de l’air (CReA), École de l’air (EA), BA 701, 13361 Salon Air, France

^a Auteur de correspondance : montagnier@lma.cnrs-mrs.fr

Reçu : 22 Mars 2016
Accepté : 12 Juillet 2016

Résumé

Ce travail s’intéresse à la mesure et à la modélisation de la résistance en compression sens fibre pour des composites unidirectionnels carbone/époxy, et plus particulièrement, à l’influence de l’alignement global des fibres. Dans un premier temps, à partir de résultats expérimentaux précédents, il est montré qu’en présence d’endommagement diffus dans la matrice, celui-ci abaisse significativement la résistance en compression sens fibre. Une modélisation à l’échelle méso basé sur une variable d’endommagement de la matrice est donnée pour rendre compte du phénomène. Dans un second temps, ces résultats sont appliqués au cas de la compression avec des éprouvettes présentant un défaut d’alignement. Il sera montré que, dans ce cas, le problème devient complexe puisqu’il couple alignement des fibres et endommagement matriciel. À partir d’une expérience originale de compression sur éprouvette avec concentration de contrainte, nous montrons l’intérêt de prendre en compte l’état d’endommagement de la matrice pour la prédiction de la rupture.

Abstract

This work deals with the measurement and modeling of compressive strength in the fiber direction for unidirectional carbon/epoxy composite, and focuses on the influence of the global misalignment angle of the fibers. At first, from previous experimental results, it is shown that the presence of diffuse damage in the matrix significantly modify the compressive strength. A mesoscale model based on matrix damage variable is given to account for the phenomenon. Secondly, these results are applied to the case of specimens with global misalignment angle. It will be shown that in this case, the problem becomes complex since misalignment of the fibers and matrix damage are coupled. Finally, from an original compression test specimens with stress concentration, we show the interest to take into account the matrix damage state for predicting the failure.