Analyse classique des essais de validation sur cornières.

La première étape de cette analyse consiste à comparer les faciès de rupture observés expérimentalement (photos post-mortem) avec ceux prévus par les simulations éléments finis. Les Figure VI-23 et Figure VI-24 présentent respectivement les comparaisons entre les faciès de rupture prévues et observées pour les cornières UD et OR.

Pour les deux empilements considérés, les éprouvettes soumises à un essai de dépliage (UT1 et UT2) ont toutes rompues à cause d’un délaminage se produisant dans le rayon. Sur toutes ces éprouvettes, cette première rupture est également la rupture finale de la structure entraînant une perte de rigidité macroscopique importante. Enfin, nous avons constaté que le délaminage se propager dans la cornière de manière instable et instantanément.

Figure VI-23: Comparaison des faciès de rupture observés avec ceux prévus par simulations éléments finis pour une cornière UD.

Figure VI-24: Comparaison des faciès de rupture observés avec ceux prévus par simulations éléments finis pour une cornière OR.

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Pour les cornières soumises à un essai de dépliage UT1, la rupture finale par délaminage se produit dans le rayon et se propage ensuite dans le bras inférieur pour les deux empilements considérés (UD et OR).

Pour les cornières soumises à un essai de dépliage UT2 (configuration n°2 pour les cornières UD et configuration n°3 pour les cornières OR), configurations dimensionnées pour obtenir à la fois des contraintes de cisaillement de traction hors-plan, le faciès de rupture est différent selon l’empilement considéré. En effet, pour un empilement UD, le délaminage se produit dans le rayon et se propage dans le bras supérieur (leg2) tandis que pour un empilement OR, le délaminage se propage dans le bras inférieur (leg1). Ces deux faciès de rupture sont bien reproduits par le critère de rupture proposé comme montré sur les Figure VI-23 et Figure VI-24.

Pour les dernières configurations d'essais de dépliage UT2, (configuration n°3 pour les cornières UD et configuration n°4 pour les cornières OR), le délaminage s’amorce dans le rayon et se propage dans le bras inférieur (leg1). On notera que pour les cornières OR, ce délaminage se propage uniquement dans les bandes de cisaillement hors-plan 23 où les autres

composantes hors-plan sont négligeables. Pour la cornière UD, le délaminage se propage à l’interface la plus faible ou celle présentant un défaut. Dans le bras inférieur, l'état de contrainte locale correspond à un chargement de cisaillement interlaminaire 13 quasi-pure, les

autres composantes hors-plan (33 et 23) étant négligeables, comme détaillé dans le chapitre

V.

Enfin pour une cornière OR soumise à un essai de pliage FT2, (configuration n°5 pour les cornières OR), la rupture par délaminage se produit dans le bras inférieur et se propage jusqu’au rayon. Le délaminage ne se propage pas au delà du début de rayon car celui-ci est soumis à un chargement de compression hors-plan tendant à augmenter les résistances apparentes en cisaillement hors-plan du matériau. A nouveau, la rupture a lieu dans les bandes de cisaillement 23 aux interfaces de plis 45° et 90° car la résistance de cisaillement hors-plan

S23R identifiée est notablement plus faible que la résistance de cisaillement hors-plan

identifiée S13R.

Enfin, les faciès de rupture des cornières soumises à un essai de pliage FT1 ne sont pas représentés dans les figures précédentes car la rupture de ces éprouvettes est due à une rupture de fibre en compression au lieu d’une rupture hors-plan par délaminage. Ce point sera détaillé dans la section VI.6.4

Les comparaisons entre les faciès de rupture post-mortem observés et ceux prévus sont en bon accord et permettent de valider les prévisions en terme de localisation de l'amorçage du délaminage dans la structure composite.

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La seconde étape consiste donc à comparer les forces à rupture expérimentales mesurées lors de l’essai avec celles prévues par le critère de rupture utilisée. Afin de montrer la nécessité d'effectuer l'identification des résistances de cisaillement hors-plan sur des éprouvettes dont le procédé de fabrication soit représentatif de celui des cornières composites, l'ensemble des comparaisons entre les forces à rupture prévues et mesurées sera effectué en utilisant soit (i) les résistances de cisaillement hors-plan identifiées à partir d'essais sur cornières stratifiées (reportées sur le Tableau VI-1), soit (ii) les résistances de cisaillement hors-plan identifiées à partir d'essais de cisaillement interlaminaires sur plaques stratifiées (reportées sur le Tableau V-4). Nous rappelons ici que l'idée de ce chapitre est à la fois de valider le critère de rupture 3D proposé et la procédure d'identification associée.

La Figure VI-25 présente la comparaison entre les forces à rupture mesurées et celles prévues par le modèle proposé pour des cornières UD soumises à deux configurations d'essai de dépliage UT2. On notera que la dispersion expérimentale sur les forces à rupture est très faible.

Figure VI-25: Comparaison des forces à rupture expérimentales et théoriques pour des cornières UD soumises à deux configurations d'essais de dépliage UT2.

Pour les deux configurations, les forces à ruptures prévues par le critère de rupture hors-plan sont conservatives et les erreurs sont respectivement de -14% et -12% pour les configurations n°2 et n°3. Les deux jeux d'identification permettent d'obtenir sensiblement les mêmes prévisions car la rupture par délaminage est dans le cas présent essentiellement due au chargement de traction hors-plan dans le rayon. On notera que nous n’avons pas reporté la comparaison pour une cornière UD soumise à un essai de dépliage UT1 noté configuration 1. En effet, pour cette configuration, les cornières ont rompu à une force exceptionnellement élevée (quasiment un facteur 2). Cette résistance exceptionnellement élevée n'est pas cohérente avec l'ensemble des résultats d'essais obtenus dans cette étude et n'a donc pas été considéré dans l'analyse présentée dans cette section.

Les Figure VI-26 et Figure VI-27 montrent à présent les comparaisons des forces à rupture théoriques et expérimentales pour des cornières soumises à différentes configurations d'essais de dépliage UT1 et UT2.

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Pour les cornières OR soumises à deux configurations d'essais de dépliage UT1 (voir Figure VI-26), les forces à rupture prévues sont supérieures à celles mesurées expérimentalement de 4% (compris dans la dispersion expérimentale) pour la configuration n°1 et l'erreur est de +11% pour la configuration n°2. Bien que les prévisions ne soient pas conservatives, elles restent proches de la borne supérieure de la dispersion expérimentale sur cet essai.

Le rayon de la cornière étant majoritairement soumis à un chargement de traction hors-plan, à nouveau les deux jeux d'identification retenus permettent d'obtenir sensiblement les mêmes prévisions en termes de force à rupture.

Figure VI-26: Comparaison des forces à rupture expérimentales et théoriques pour des cornières OR soumises à deux configurations d'essais de dépliage UT1.

Figure VI-27: Comparaison des forces à rupture expérimentales et théoriques pour des cornières OR soumises à deux configurations d'essais de dépliage UT2.

Concernant les cornières OR soumises à deux configurations d'essai de dépliage UT2 (voir Figure VI-27), les forces à rupture prévues sont également supérieures aux forces expérimentales de +13% pour la configuration n°3 et de +6% pour la configuration n°4. Bien

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que les prévisions ne soient pas conservatives, les forces à rupture prévues restent très proches de la borne supérieure de la dispersion expérimentale déterminée sur les essais de dépliage UT2.

L'utilisation des résistances de cisaillement hors-plan identifiées sur des cornières stratifiées (dont le procédé de fabrication est représentatif de l'application finale) est essentielle pour la prévision de la force à rupture de l'éprouvette dans le cas de la configuration n°4. En effet, dans cette configuration, un important chargement de cisaillement hors-plan dans le bras inférieur est imposé et est responsable de l'amorçage du délaminage. Si nous utilisons les résistances identifiées à partir d'essais de cisaillement interlaminaires sur plaques planes (dont le procédé de fabrication est non représentatif des cornières), la force à rupture prévue surestime la force à rupture expérimentale de 24% contre seulement 6% en utilisant les résistances hors-plan identifiées sur cornières stratifiées.

Enfin, la Figure VI-28 nous présente la comparaison des forces à rupture théoriques et expérimentales pour une cornière OR soumise à un essai de pliage FT2. La force à rupture prévue par le modèle est bon accord avec la force à rupture expérimentale. Cet essai n'est pas validant car il a été utilisé dans le chapitre V pour identifier la résistance de cisaillement hors- plan S13R. Comme constaté précédemment, le fait d’utiliser des résistances de cisaillement

hors-plan identifiées sur des éprouvettes non représentatives du procédé de fabrication entraîne une surestimation importante de la force à rupture prévues (+27%).

Figure VI-28: Comparaison des forces à rupture expérimentales et théoriques pour des cornières OR soumises à un essai de pliage FT2.

Comparer uniquement les forces à ruptures expérimentales avec celles prévues par le critère de rupture hors-plan nous a permis de valider partiellement le critère de rupture hors-plan proposé et la procédure d’identification sur cornière proposée. Néanmoins, il est possible de capitaliser davantage l'ensemble des informations disponibles suite à la réalisation de ce type d'essais. Nous présenterons donc, dans la section suivante, une méthode d’analyse permettant de mieux capitaliser les résultats des essais de pliage/dépliage sur cornière pour la validation du critère de rupture hors-plan.

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