EXPLOITATION DES DONNEES EXPERIMENTALES.

Le but de cette section est de comparer les données expérimentales obtenues avec les simulations éléments finis afin de montrer que le comportement global (courbe force/déplacement) et local (déformation mesurée avec les jauges et/ou la corrélation d’images numériques) sont bien reproduits par les modèles EF.

VI.5.1 Détection de l’endommagement intralaminaire avant rupture par délaminage.

Aucun événement acoustique notable n’a été enregistré avant la rupture finale pour les empilements UD (Figure VI-17) et OR (Figure VI-18). Cela signifie qu’il n’y a pas d’endommagement plan (fissuration transverse) avant la rupture finale de la cornière par délaminage. En effet, nous avions dimensionné les essais pour ne pas avoir d’endommagement avant la rupture, afin de simplifier l'analyse de ces derniers.

Figure VI-17: Évolution de l'énergie cumulée mesurée par émission acoustique en fonction

de la force appliquée pour différentes configurations d'essais sur cornières UD.

Figure VI-18: Évolution de l'énergie cumulée mesurée par émission acoustique en fonction

de la force appliquée pour différentes configurations d'essais sur cornières OR. Dans la suite de ce chapitre, l’endommagement plan n’a donc pas été pris en compte dans nos simulations éléments finis, car il n'a pas été observé expérimentalement d'endommagement notable (fissuration traversante dans l'éprouvette). La non prise en compte de

- 163 -

l'endommagement plan simplifie drastiquement l'analyse et permet de minimiser les temps de calculs par éléments finis.

VI.5.2 Validation des simulations éléments finis par comparaison avec les mesures de déformations et de déplacement.

La stéréo-corrélation d’images numériques nous permet de mesurer le déplacement global de l’éprouvette à partir de l'observation d'une des deux faces de l’éprouvette. Nous pouvons également estimer les déformations grâce à la dérivation du champ de déplacement mesuré. De plus, une jauge de déformation a été collée sur le rayon de la face extérieure de la cornière. On notera également que le déplacement imposé aux cornières a également été mesuré par un capteur LVDT, localisé sous le mors supérieur des montages UT2/FT2 et face opposé au rouleau d'appui pour les montages UT1/FT1.

VI.5.2.1 Comparaison des déformations prévues et mesurées par corrélation d’images numériques et jauges.

Les Figure VI-19 et Figure VI-20 présentent dans le repère global (x,y), la comparaison entre les champs de déformation déterminés par les simulations éléments finis et ceux mesurés par la corrélation d’images numériques respectivement sur une éprouvette UD soumise à un effort de dépliage de type UT1 et de type UT2 à 60% de la force à rupture.

Nous avons constaté que les champs de déformation déterminés par les simulations éléments finis sont en bon accord d’un point de vue qualitatif (forme des champs de déformation) et également d’un point de vue quantitatif (les comparaisons sont effectuées pour le même niveau de force). Les conclusions sont identiques pour l'autre empilement multicouche (empilement orienté).

Les comparaisons des gradients des déformations mesurées et prévues au sein des cornières permettent de valider les méthodes de dimensionnement qui ont permis de sélectionner ce type d'essais pour la validation du critère de rupture hors-plan. En effet, comme le comportement peut-être raisonnablement supposé linéaire élastique jusqu'à la rupture (absence d'endommagement et les autres sources de non linéarité peuvent être négligées due aux faibles niveaux de contraintes), nous pouvons considérer que les états multiaxiaux de contraintes recherchés ont été atteints au travers de l'analyse de la forme des champs de déformations mesurées par corrélation d'images numériques.

- 164 -

Figure VI-19: Comparaison des champs de déformations mesurées par corrélation d’images et ceux déterminés par éléments finis pour une éprouvette UD soumise à un essai de dépliage UT1

à 60% de la force à rupture.

Figure VI-20: Comparaisons des champs de déformation mesurés par corrélation d’images et ceux déterminés par éléments finis pour une cornière UD soumise à un essai de dépliage UT2 à

- 165 -

En complément, les Figure VI-21 et Figure VI-22 montrent la comparaison entre les déformations mesurées par la jauge de déformation collée sur le rayon extérieur des cornières UD respectivement soumise à un essai de dépliage UT1 et UT2. Nous pouvons constater que les déformations déterminées par les simulations éléments finis ne sont pas en très bon accord avec les données expérimentales (erreur de 20% pour la charge à rupture). Cet écart peut être dû à plusieurs causes (pouvant éventuellement se cumuler). Tout d'abord, les jauges sont supposées parfaitement collées au centre du rayon. Les déformations prévues par les simulations éléments finis sont moyennées sur la position et la taille de la grille théorique de la jauge. La méconnaissance sur la position exacte de la jauge pourrait expliquer en partie les écarts observés entre le modèle et la mesure. On notera également que la prise en compte de l'élasticité non linéaire sens fibre en compression pourrait permettre d'améliorer sensiblement les prévisions. Toutefois, le gain en terme de prévision du comportement local (et bien sur en terme de prévision de la rupture) doit être mis en balance avec la complexité de la loi matériau à utiliser (et à identifier) et de l'augmentation notable des coûts de calculs. Nous rappelons que les travaux menés dans le cadre de cette thèse doivent pouvoir être utilisée en bureaux d'étude chez l'industriel. Aussi, il ne nous a pas semblé judicieux d'introduire cette non linéarité dans les simulations. Les conclusions sont identiques pour l'autre empilement multicouche (empilement orienté). Enfin, les propriétés élastiques utilisées pour les simulations éléments finis ont été déterminées à partir d'essais sur plaques planes. Il est donc possible que les propriétés élastiques du matériau composite au sein des cornières soient légèrement inférieures, ce qui expliquerait également les écarts observés.

Figure VI-21: Comparaison de la déformation mesurée par la jauge et celle

déterminée par éléments finis pour une éprouvette UD soumise à un essai de

dépliage UT1.

Figure VI-22: Comparaison de la déformation mesurée par la jauge et celle

déterminée par éléments finis pour une éprouvette UD soumise à un essai de

dépliage UT2.

En conclusion, il est important de noter que la bonne adéquation entre les champs de déformations mesurés par corrélation d'images ou issus du calcul, nous permet de valider l'étape de dimensionnement des essais et en particulier les estimations effectuées en aveugle des états multiaxiaux de contraintes dans la structure. Toutefois, afin d'affiner les prévisions des niveaux de contraintes et de déformation, et ainsi d'améliorer l'adéquation avec les mesures de jauges, ils conviendraient probablement d'améliorer la description du comportement matériau.

- 166 -

Ce travail de comparaison entre les champs déformations (mesurés par corrélation d’images numériques), les déformations (mesurées par jauge) et les simulations éléments finis a également été réalisé pour l’essai de pliage FT1 et FT2. Les mêmes conclusions ont été établies, à savoir que les simulations éléments finis décrivent de manière tout à fait satisfaisante les gradients de déformation mesurées par corrélations d'images mais ne sont pas en bon accord avec les mesures des jauges, probablement pour les mêmes raisons que précédemment.

En conclusion de cette section, pour valider la pertinence des simulations éléments finis, nous avons montré que les prévisions par calculs des déformations du matériau au sein de l'éprouvette étaient en bon accord avec les déformations locales mesurées par corrélation d'images numériques. La bonne description des gradients de déformation, pour les configurations d'essais sur cornières retenues, au sein desquelles aucun endommagement plan n'a été détecté avant la rupture finale et pour lesquelles les autres sources de non linéarité (élasticité non linéaire sens fibre et viscosité de la matrice) sont négligeables, permet de valider l'étape de dimensionnement des essais et en particulier les estimations effectuées en aveugle des états multiaxiaux de contraintes dans la structure.

Ceci nous permet donc d'atteindre un bon niveau de confiance dans les prévisions des états de contraintes locales dans la structure. On notera toutefois que l'adéquation entre les prévisions des simulations par éléments finis et les mesures des jauges peuvent être améliorées par une meilleure description du comportement matériau et notamment par l'introduction du comportement élastique non linéaire sens fibre. Il ne nous a pas semblé judicieux d'introduire cette non linéarité dans les simulations, car elle induit une augmentation notable de la complexité du modèle et du coût de calcul, l'approche proposée devant être utilisée en bureau d'étude. Cette validation était nécessaire pour pouvoir ensuite valider le critère de rupture proposé dans ce travail.

La prochaine section sera donc consacrée à l’analyse des différentes configurations d’essais et à la validation du critère de rupture hors-plan dans les plans des contraintes (33,13) et

- 167 -