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Revue des Composites et des Matériaux Avancés

1169-7954
 

 ARTICLE VOL 22/3 - 2012  - pp.415-431  - doi:10.3166/rcma.22.415-431
TITRE
Évaluation de la dispersion des propriétés mécaniques d’un matériau composite par sous-échantillonnage

TITLE
Characterization of mechanical properties variability in a composite material using a subsampling procedure

RÉSUMÉ

Dans cet article est présentée une technique de sous-échantillonnage et d’homogénéisation destinée à rendre compte des variabilités de comportement dans les matériaux composites à l’échelle mésoscopique. Ces variabilités sont mises à profit dans des modélisations multi-échelles. La technique proposée est mise en oeuvre pour caractériser le comportement transverse des plis unidirectionnels dans un composite à matrice organique (CMO) stratifié. Une modélisation par la méthode des éléments finis (MEF) de la microstructure est réalisée à l’échelle microscopique à partir d’une micrographie transverse d’un pli. Une partie de cette micrographie représentative du matériau (échantillon) est étudiée avec l’hypothèse de déformations planes. Une procédure d’homogénéisation de sous-domaines de l’échantillon est développée en post-traitement d’un calcul EF réduit à trois cas de chargement élémentaires pour obtenir les propriétés effectives du sous-domaine ou sous-échantillon. Seules les propriétés élastiques sont considérées à ce stade des travaux. Plusieurs scenarios de sous-échantillonnage sont réalisés en faisant varier la taille et les positions des sous-domaines, selon un schéma spatial régulier, pour générer des distributions statistiques de propriétés élastiques. L’identification de ces distributions a montré un effet d’inférence statistique au schéma spatial. Des sous-échantillonnages spatialement aléatoires sont réalisés pour préciser son influence sur les fonctions de distributions.



ABSTRACT

This article presents a subsampling and homogenization technique developed to depict behaviour variability at mesoscopic scale in composite materials. This variability is intended to feed multiscale modelling at mesoscale. The technique presented here is meant to characterize the transverse behaviour of unidirectional plies in a stratified Polymer Matrix Composite. A Finite Element Method simulation is performed at microscopic scale considering the heterogeneous media, the mesh being constructed from a transverse micrograph. A part of the ply entitled the sample and supposed to be representative of the material is studied under plane strain hypothesis. A unique loading simulation, reduced to three basic load cases, is applied. Subsamples taken into the simulation cell are homogenized at post-processing level of strain and stress fields. A standard mechanics approach was considered. Various subsampling schemes are performed with various size and regular spatial distribution to generate statistical distributions of effective elastic properties. Identification of distribution functions highlighted a statistical inference to spatial scheme. New spatial random subsampling are performed to analyse its influence on distribution functions.



AUTEUR(S)
Pierre PINEAU, Frédéric DAU

MOTS-CLÉS
sous-échantillonnage, variabilité, propriétés élastiques, homogénéisation, approches multi-échelles.

KEYWORDS
subsampling, variability, elastic properties, homogenization, multiscale approach.

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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