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Revue des Composites et des Matériaux Avancés

1169-7954
 

 ARTICLE VOL 26/1 - 2016  - pp.9-24  - doi:10.3166/rcma.26.9-24
TITRE
Effets de bord et délaminage par fatigue dans les composites stratifiés et leurs assemblages collés

TITLE
Edge effects and fatigue delamination of composite laminates and banded assemblies

RÉSUMÉ

L’analyse par éléments finis des structures multicouches avec des éléments de type plaque ou coque ne permet pas de quantifier les singularités de distribution des contraintes, particulièrement à proximité des bords libres ou chargés. Ces potentielles surcontraintes s’avèrent parfois dimensionnantes pour la structure, mais ne sont prises en compte que par les modèles tridimensionnels. En raison d’une durée de calcul bien plus élevée, leur mise en œuvre n’est pas systématique. CLEOPS (Composites Local Effects Of Plates and Shells, effets de bord dans les plaques et coques composites) est développé en réponse à cette problématique industrielle pour les composites stratifiés et les assemblages collés. Ce logiciel assure le post-traitement des calculs par éléments finis avec des éléments plaques ou coques, afin de quantifier les contraintes tridimensionnelles au sein de structures multicouches soumises à un chargement mécanique plan ou en flexion, ou à une sollicitation thermique ou hygroscopique. Les effets de bord sont calculés à l’échelle mésoscopique par une méthode asymptotique semi-analytique, à l’aide d’éléments finis monodimensionnels. Des critères quadratiques d’endommagement sont intégrés au logiciel afin d’évaluer la tenue de la structure et d’anticiper une éventuelle rupture sous l’effet d’un chargement en fatigue. Le calcul de la distribution des contraintes et le délaminage par fatigue à proximité des bords libres sont développés dans cet article. Les résultats renseignés par CLEOPS sont comparés à ceux d’un modèle par éléments finis tridimensionnels afin d’en apprécier la précision.



ABSTRACT

Finite Element Analysis (FEA) of multilayer structures using plates and shells is not able to quantify the singular stresses distribution, especially the local overstresses near the boundaries. This critical design parameter is taken into account by 3D FEA models, which are not used for systematic computations due to a very long calculation time. The software CLEOPS (Composites Local Effects Of Plates and Shells) is developed by MEDYSYS (MEchanics and DYnamics of SYStems) to address this problem for composite laminates and their bonded assemblies involved in aerospace or defense industry. It is used as a postprocessor of Finite Element computations on plates and shells to calculate the 3D stresses within multilayer structures subjected to mechanical plane or bending loadings. The edge effects are computed at the mesoscale based on a semi-analytical asymptotic method with one-dimensional finite elements in the through-thickness direction. The software includes quadratic failure criteria in order to evaluate the delamination initiation and anticipate  whether the laminates can withstand a fatigue load. The calculation of the stresses distribution near the edges of multilayer structures and the fatigue delamination are key issues developed in this article. Results provided by CLEOPS are compared to 3D FEA results.



AUTEUR(S)
Elise GAY , Philippe GIBERT

MOTS-CLÉS
composite, assemblage collé, effets de bord, CLEOPS, délaminage, modèle EF.

KEYWORDS
composite, bonded assembly, edge effects, CLEOPS, delamination, FEA model.

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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