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La modélisation des dommages et des défauts des composites

Les matériaux composites sont de plus en plus courants dans les industries de l'aérospatiale, de l'automobile et de l'énergie. Des scientifiques financés par l'UE ont développé des modèles manquant précédemment de comportement structurel des composites pendant les pannes.
La modélisation des dommages et des défauts des composites
Malgré la forte pénétration des matériaux composites dans les nouveaux avions, les fabricants comptent encore fortement sur des méthodes empiriques qui ne peuvent pas prédire la réponse des matériaux composites aux charges externes.

La capacité à modéliser avec précision la fracture composite permettrait de réaliser d'importants gains de poids et d'améliorer la conception des matériaux mêmes. Dans le cadre du projet MULTIFRAC (Multiscale methods for fracture), les scientifiques ont produit des modèles de pointe décrivant les défaillances du matériel intégré dans un cadre de conception qui permet la conception informatique de nouveaux matériaux.

Les membres du projet ont développé des méthodes de calcul pour l'analyse de rupture des nanotubes de carbone pour le renforcement polymère sur plusieurs échelles de longueur. Des simulations effectuées à l'échelle nanométrique ont aidé à prédire par exemple le comportement de l'interface entre le polymère et le nanotube de carbone.

L'équipe a ensuite utilisé une technique de couplage concurrente pour intégrer des domaines à échelle fine autour de la fracture macroscopique, en considérant le reste du domaine comme un matériau homogène. Cette approche a ensuite été affinée pour décrire des schémas de fracture plus complexes à échelle fine et ensuite les étendre dans des schémas simples au niveau macrométrique. Les propriétés des matériaux dans des domaines éloignés de la fracture macroscopique ont été réduites par une approche hiérarchique ou semi-concurrente. Les expériences menées sont restées en lien avec les résultats des simulations.

Les matériaux composites dans la construction aéronautique ont démontré leur potentiel pour faire des avions plus légers qui consomment moins de carburant. S'ils comprennent suffisamment la tolérance aux dommages, les fabricants seront en mesure d'améliorer la conception des composites, rendant de la sorte les avions plus sûrs.

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Mots-clés

Dommages, modélisation des défauts, matériaux composites, avion, fracture, MULTIFRAC