Scénario d’endommagement numérique

IV.5.6.1 Scénario du 5P 0-90

Il est maintenant temps de s’intéresser au scénario d’endommagement numérique présenté sur la Figure IV.40.

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Figure IV.40 – Scénario d’endommagement numérique des interfaces intralaminaires (à gauche) et des délaminages (à droite) du 5P 0-90

Ce scénario se déroule en cinq étapes :

— Étape n°1 : la fissuration matricielle se développe sur le pli inférieur et atteint une taille de 25 mm (pour une taille expérimentale de 28 mm). Cette fissure est le résultat du chargement de ce pli en flexion et induit donc localement des contraintes de traction au niveau des interfaces intralaminaires qui vont ensuite commencer à s’endommager sur une seule rangée.

— Étape n°2 : pour plus de clarté concernant les endommagements matriciels, seuls ceux des plis 1 à 4 seront représentés pour les étapes suivantes puisque les nœuds inférieurs du pli inférieur n’étant pas utilisés, la visualisation des résultats n’est pas optimale. Les endommagements se développent ensuite sur le pli supérieur avec quelques éléments interlaminaires qui commencent aussi à délaminer. A ce moment-là, le cisaillement hors-plan commence à devenir prépondérant par rapport à la flexion. Le pli inférieur (dont les fibres sont dans l’axe long de la plaque) étant pré-fissuré, le chargement en effort se réparti majoritairement sur les quatre plis supérieurs. Cependant, l’interface entre le pli 4 et 5 n’étant pas délaminée, il n’est pas possible pour le pli 4 d’initier un endommagement par flexion : la seule possibilité est donc d’endommager les interfaces intralaminaires en cisaillement hors-plan et cela commence par le haut du stratifié. — Étape n°3 : les interfaces intralaminaires du 4ème pli commencent à s’endommager en

initiant dans le même temps un délaminage entre les plis 4 et 5.

— Étape n°4 : l’endommagement des fissurations matricielles remonte puisque c’est au tour des interfaces du pli 3 de s’endommager.

— Étape n°5 : les fissurations matricielles apparaissent sur le pli 2 et les endommage-ments se propagent sur les autres plis et interfaces.

Finalement, en l’espace de 1 µs, les endommagements matriciels apparaissent et se pro-pagent en initiant par la même occasion des délaminages. La tendance générale est que le pli inférieur commence par s’endommager à cause de la flexion globale du stratifié. Ensuite, le pli supérieur s’endommage car il y a un changement de chargement puisque le cisaillement hors-plan prend le dessus sur la flexion et enfin les fissures remontent à partir des plis inférieurs vers le haut. Il y’a donc un effet “ping-pong” dans l’initiation des fissures matricielles. IV.5.6.2 Scénario du 9P 0-90

Le scénario numérique du 9P 0-90 est représenté sur la Figure IV.41.

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Figure IV.41 – Scénario d’endommagement numérique des interfaces intralaminaires (à gauche) et des délaminages (à droite) du 9P 0-90

Comme pour le 5P 0-90, l’endommagement s’effectue en étapes successives :

— Étape n°1 : apparition de fissurations matricielles de 46 mm (42 mm expérimentale-ment) sur le pli inférieur.

— Étape n°2 : comme pour le 5P 0-90, seuls les endommagements matriciels des plis 1 à 8 seront représentés pour les étapes suivantes. Quelques interfaces intralaminaires commencent à rompre sur le pli supérieur (pli 1) et une couronne de délaminage s’initie au niveau de l’interface 1/2.

— Étape n°3 : le pli 3 commence à s’endommager entraînant un délaminage au niveau de l’interface 3/4.

— Étape n°4 : à ce niveau tout va encore plus vite, puisque l’ensemble des plis et des in-terfaces interlaminaires sont endommagés. Les inin-terfaces du milieu résistent légèrement mieux.

— Étape n°5 : les endommagements matriciels se propagent tout comme les délaminages et particulièrement au niveau des interfaces 4/5 et 5/6.

Pour conclure sur cette configuration. Le scénario est identique à celui du 5P 0-90 puis-qu’une fois que la fissure du pli inférieur atteint une certaine taille, les endommagements matriciels et les délaminages s’initient sur la partie supérieure du stratifié pour ensuite redes-cendre. Ensuite, c’est au tour des plis et des interfaces inférieures de s’endommager. Enfin, le milieu de la plaque finit par délaminer.

IV.5.6.3 Scénario du 9P QI

La Figure IV.42suivante présente le scénario d’endommagement pour le 9P QI.

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Figure IV.42 – Scénario d’endommagement numérique des interfaces intralaminaires (à gauche) et des délaminages (à droite) du 9P QI

Le 9P QI s’endommage aussi en étapes successives, décrites ci-dessous :

— Étape n°1 : apparition d’une rangée de fissurations matricielles de 36 mm (39 mm expérimentalement) sur le pli inférieur.

— Étape n°2 : comme pour les autres configurations, seuls les endommagements matri-ciels des plis 1 à 8 seront représentés pour les étapes suivantes. Quelques éléments du 2èmepli commencent à s’endommager avec une initiation des délaminages sur l’interface 1/2.

— Étape n°3 : c’est au tour du pli du milieu (pli 5) de s’endommager avec une initiation des délaminages de l’interface 5/6

— Étape n°4 : le pli 8 commence à fissurer et les fissures initient de légers délaminages sur l’interface 8/9.

— Étape n°5 : endommagement des interfaces intralaminaires des plis 3 et 7. Cet en-dommagement symétrique est aussi suivi d’un délaminage au niveau de l’interface 5/6. — Étape n°6 : endommagement des plis 1, 4 et 6 puis initiation et propagation très

rapide des délaminages des interfaces présentes entre ces plis. — Étape n°7 : propagation des endommagements et délaminages.

Le scénario observé est différent de celui observé pour le 5P 0-90 ou le 9P 0-90 hormis la longue fissuration initiale sur le pli inférieur. Ensuite, quelques éléments intralaminaires s’endommagent sur les plis 2 et 8, mais c’est surtout le pli 5 qui s’endommage avec un délaminage assez important. La propagation se fait ensuite de façon symétrique de part et d’autre du 5ème pli. Cet endommagement se produit plus lentement que le 5P 0-90 ou le 9P 0-90, puisque ce scénario se produit en environ 5µs.

IV.5.6.4 Scénario du 13P 0-90

Enfin, le scénario d’endommagement du 13P 0-90 est retranscrit sur la Figure IV.43.

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Figure IV.43 – Scénario d’endommagement numérique des interfaces intralaminaires (à gauche) et des délaminages (à droite) du 13P 0-90

Les étapes du scénario sont les suivantes :

— Étape n°1 : apparition de fissurations matricielles de 33 mm (36 mm expérimentale-ment) sur le pli inférieur (pli 13).

— Étape n°2 : comme pour les autres configurations, seuls les endommagements matri-ciels des plis 1 à 12 seront représentés pour les étapes suivantes. Quelques éléments intralaminaires commencent à s’endommager sur le pli supérieur. De même quelques interfaces interlaminaires initient des délaminages sur l’interface 1/2.

— Étape n°3 : le pli 5 commence à fissurer initiant par la même occasion un délaminage au niveau de l’interface 5/6.

— Étape n°4 : c’est au tour des pli 4 et 11 de s’endommager créant ainsi des délaminages sur les interfaces 4/5 et 11/12.

— Étape n°5 : endommagement matriciels des plis 3, 7, 8, 9, 10 et 12 et initiation des délaminages au niveau de toutes les interfaces.

— Étape n°6 : endommagement du 2ème pli.

— Étape n°7 : endommagement du 6ème pli et propagation des endommagements et délaminages.

Le 13P 0-90 présente un scénario identique que celui du 5P 0-90 et du 9P 0-90. Puisqu’on retrouve l’effet “ping-pong” : les fissurations matricielles s’initient sur le pli inférieur puis c’est au tour du pli supérieur et ainsi de suite jusqu’à arriver au 6ème pli : pli du milieu. Bilan sur les scénarios d’endommagements numériques

Pour conclure, le scénario d’endommagement obtenu numériquement permet de mieux comprendre ce qu’il se passe à l’intérieur du stratifié.

L’avantage du modèle numérique est donc de pouvoir décrire ce scénario plus finement et il s’en en dégagent deux bien distincts :

— pour les stratifications 0-90 : l’endommagement commence par le pli inférieur puis remonte sur le pli supérieur et un effet “ping-pong” se met en place. Enfin, les plis et interfaces du milieu sont les derniers à être endommagées. Une fois que la fissure inférieure a atteint une certaine taille , l’indenteur endommage le pli supérieur par cisaillement hors-plan. Cette rupture décharge ce pli et l’interface associée et permet aux plis inférieurs de se charger et ainsi de suite jusqu’à atteindre le centre du stratifié. — pour la stratification QI : l’endommagement s’initie sur le pli inférieur comme pour les stratifications 0-90, mais il n’y a pas cet effet “ping-pong”, puisque c’est le pli et l’interface du milieu qui vont commencer à s’endommager de façon importante. Cet endommagement “crée” deux sous-stratifiés qui vont ensuite continuer de s’endomma-ger.

IV.5.7 Cartographie des endommagements : comparaison