Modélisation multi-échelle des composites tissés à matrice thermoplastique sous chargements cycliques non proportionnels

Abstract

Dans ce travail, un modèle micromécanique établi sur le principe de l’homogénéisation périodique est utilisé pour décrire le comportement macroscopique des composites à matrice thermoplastique sous chargements cycliques et non proportionnels. Avec l’approche proposée, le comportement macroscopique du composite est déterminé à partir d’une simulation par éléments finis d’une cellule unitaire représentative de la microstructure en intégrant les lois de comportement spécifiques des constituants : la matrice et les torons. Le comportement de la matrice est modélisé à l’aide d’une loi de comportement présentant un couplage entre viscoélasticité, viscoplasticité et endommagement ductile. Pour les torons, une loi de comportement basée à la fois sur des concepts micromécaniques et phénoménologiques est utilisée. Cette dernière permet de prendre en compte l’endommagement ainsi que l’anélasticité induit par la présence d’un réseau diffus de microfissures. Les capacités du modèle à capturer, à l’échelle macroscopique, les effets temporels induits par la matrice, couplés aux mécanismes d’endommagement intra-torons, sont démontrées à travers plusieurs exemples où le composite est soumis à des chargements cycliques et non proportionnels.

In this work, a micromechanical model established from the concept of periodic homogenization is utilized to describe the macroscopique behaviour of thermoplastic woven composites under cyclic and non-proportional loading conditions. With the proposed approach, the macroscopic behaviour of the composite is determined from a finite element simulation of the unit cell representative of the microstructure where the local constitutive laws of each components are integrated, namely : the matrix and the yarns. The response of the thermoplastic matrix is accounted through a constitutive law coupling viscoelasticity, viscoplasticity and ductile damage. For the yarns, a constitutive law based on both micromechanics and phenomenological concepts is used. The latter describes the damaged and anelastic response of the yarns induced by the presence of a diffuse microcrack network. Finally, the model capabilities to capture, at the macroscopic scale, the temporal effects induced by the matrix coupled to the intra-yarns damage mechanisms are demonstrated through several examples where the composite is subjected to cyclic and non-proportional loading conditions.