Étude des endommagements sur CMC par une approche de modélisation micro-méso alimentée par des essais in situ / Vincent Mazars ; sous la direction de Gérard Louis Vignoles et de Guillaume Couégnat et de Olivier Caty

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Composites -- Fatigue thermique -- Modèles mathématiques

Analyse multiéchelle

Vignoles, Gérard Louis (1964-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Couégnat, Guillaume (1981) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Caty, Olivier (1980-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Boisse, Philippe (1959-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Hild, François (19..-.... ; auteur en physique) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Thionnet, Alain (1963-.... ; chercheur en mécanique des matériaux) (Membre du jury / opponent)

Chateau, Camille (1986-....) (Membre du jury / opponent)

Denneulin, Sébastien (1983-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Bordeaux (2014-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Les composites SiC/SiC pr´esentent d’excellentes propri´et´es thermom´ecaniques `a hautes temp´eratures. Ils apparaissent donc comme des candidats cr´edibles pour remplacer les alliages m´etalliques dans les zones chaudes de moteurs a´eronautiques civils afin d’en r´eduire l’impact environnemental. Comprendre et pr´evoir l’apparition des premiers endommagements constitue donc un enjeu industriel majeur. La d´emarche multi-´echelle propos´ee permet d’int´egrer dans des mod`eles num´eriques les sp´ecificit´es du mat´eriau. Elle s’articule autour d’une phase exp´erimentale de caract´erisation des endommagements et d’une phase de mod´elisation par ´el´ements finis aux ´echelles microscopique et m´esoscopique. Des essais in situ sous microscopes et sous micro-tomographie X (μCT) sont e↵ectu´es pour visualiser et quantifier les m´ecanismes d’endommagement `a des ´echelles compatibles avec les mod`eles num´eriques. Sur la base des observations exp´erimentales, des calculs d’endommagement sont r´ealis´es `a l’´echelle microscopique afin de simuler la fissuration transverse des torons. Des essais virtuels permettent alors d’identifier des lois d’endommagement `a l’´echelle sup´erieure et de mod´eliser l’apparition des premi`eres fissures dans des textures tiss´ees 3D `a l’´echelle m´esoscopique. Cela permet de mettre en ´evidence les liens entre l’organisation du mat´eriau aux di↵´erentes ´echelles et l’initiation des premiers endommagements. Des confrontations essais/calculs sont finalement propos´ees, en comparant notamment les sites d’amor¸cage des endommagements observ´es exp´erimentalement lors des essais in situ sous μCT avec ceux pr´edits par les simulations.

Résumé / Abstract : SiC/SiC composites display excellent thermomechanical properties at high temperatures. They appear as promising candidates to replace metallic alloys in hot parts of aircraft engines to reduce their environmental impact. Thus, to understand and to predict the onset of damage in such materials is critical. An integrated multi-scale approach is developed to construct numerical models that integrate the specificities of the material at the di↵erent relevant scales. This work is twofold : an experimental characterization of the damage, and finite element modeling at the microscopic and mesoscopic scales. In situ tensile tests are carried out under microscopes and X-ray micro-tomography (μCT). Images are analyzed to visualize and quantify the damage mechanisms at scales consistent with the numerical models. Based on these observations, damage calculations are performed at the microscopic scale to simulate the transverse yarns cracking. Virtual tests are then used to identify damage laws at the upper scale and to simulate the first cracks in 3D woven composites at the mesoscopic scale. Through these simulations, we highlight the links between the organization of the material at di↵erent scales and the initiation of the damages. Comparisons between experiments and calculations are finally performed. In particular, the predicted damage events are compared to those obtained experimentally on the same specimen during in situ μCT tensile tests.