{"id":1833,"date":"2020-10-07T11:29:24","date_gmt":"2020-10-07T10:29:24","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.ametragroup.com\/?p=1833"},"modified":"2020-10-07T11:29:24","modified_gmt":"2020-10-07T10:29:24","slug":"modelisation-dommages-materiaux-composites","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/modelisation-dommages-materiaux-composites\/","title":{"rendered":"Mod\u00e9lisation des dommages dans les mat\u00e9riaux composites"},"content":{"rendered":"

Mod\u00e9lisation d\u2019un impact sur une coque de d\u00e9riveur en composite gr\u00e2ce \u00e0 notre outil interne ALPS. La couleur repr\u00e9sente le taux d\u2019endommagement \u00a9Ametra Research<\/span><\/i><\/p>\n

La qu\u00eate d\u2019une meilleure optimisation des structures, souvent li\u00e9e \u00e0 des crit\u00e8res \u00e9cologiques et \u00e9conomiques, pousse \u00e0 une adoption de plus en plus large des composites dans de nombreux domaines de l\u2019industrie. R\u00e9aliser des avions, des trains ou des voitures plus l\u00e9gers permet de r\u00e9duire leur consommation de carburant de fa\u00e7on significative, optimisant de fait leur co\u00fbt d\u2019utilisation et leur impact carbone. Ainsi, si cette am\u00e9lioration incr\u00e9mentale n\u2019est pas une solution finale au challenge que repr\u00e9sente la r\u00e9ponse aux d\u00e9r\u00e8glements climatiques, elle permet de diminuer l\u2019impact carbone des industries du transport le temps de d\u00e9velopper une approche permettant de le r\u00e9duire \u00e0 z\u00e9ro (voir <\/span>ici<\/span><\/a> par exemple).<\/span><\/p>\n

Les composites sont donc de bons candidats car leurs structures h\u00e9t\u00e9rog\u00e8nes (compos\u00e9es de multiple mat\u00e9riaux) permettent de n\u2019inclure des renforts que l\u00e0 o\u00f9 ils sont absolument n\u00e9cessaires. Ces renforts se pr\u00e9sentent en g\u00e9n\u00e9ral sous la forme de tissus et\/ou de r\u00e9seaux de fibres hautes performances (Carbone, Verre, Aramide ou autres) envelopp\u00e9s dans une r\u00e9sine servant de liant. Ainsi, le b\u00e9ton arm\u00e9 est tout autant un composite qu\u2019une pi\u00e8ce en fibre de carbone et r\u00e9sine \u00e9poxyde.\u00a0<\/span><\/p>\n

L\u2019appellation \u00ab\u00a0mat\u00e9riaux composites\u00a0\u00bb classiquement utilis\u00e9e par le grand public fait en g\u00e9n\u00e9ral r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 un sous-ensemble de ces mat\u00e9riaux composites au sens large\u00a0: les <\/span>mat\u00e9riaux composites \u00e0 matrice organique (CMO)<\/span><\/a>. Un CMO est un composite dont le liant est une r\u00e9sine polym\u00e8re. C\u2019est sur ce type de mat\u00e9riaux qu\u2019<\/span>Ametra Research<\/span><\/a> travaille dans le cadre du projet ORCA.<\/span><\/p>\n

Comme explicit\u00e9 ci-dessus, les CMO pr\u00e9sentent de nombreux avantages. Il reste encore aujourd\u2019hui beaucoup de questions ouvertes quant \u00e0 leur utilisation en situation critique et leurs modes d\u2019endommagement. Ces points, sur lesquels les connaissances sont encore limit\u00e9es, poussent les ing\u00e9nieurs concevant des structures composites \u00e0 les sur-dimensionner et \u00e0 r\u00e9aliser des campagnes exp\u00e9rimentales extensives et couteuses.<\/span><\/p>\n

Lorsque l\u2019on travaille sur des mat\u00e9riaux plus \u00ab\u00a0classiques\u00a0\u00bb comme des m\u00e9taux, ou des plastiques homog\u00e8nes, il est d\u2019usage de r\u00e9duire l\u2019\u00e9chelle des campagnes exp\u00e9rimentales en se servant de logiciels de simulation. Ces campagnes permettent de r\u00e9duire \u00e0 la fois les co\u00fbts en mati\u00e8re premi\u00e8re et en prototypage. Pour effectuer ce type de simulation, la m\u00e9thode la plus r\u00e9pandue \u00e0 ce jour dans les bureaux d\u2019\u00e9tude du monde entier est la <\/span>m\u00e9thode des \u00e9l\u00e9ments finis (FEM pour <\/span>Finite Element Method<\/span><\/i>).<\/span><\/a><\/p>\n

Il est courant, dans la nature, de trouver des ph\u00e9nom\u00e8nes liant une grandeur \u00e0 son <\/span>\u00e9volution<\/b>. Par exemple, en admettant qu\u2019une voiture soit partie de Fontenay-aux-Roses \u00e0 13h et qu\u2019elle soit arriv\u00e9e \u00e0 Orl\u00e9ans \u00e0 14h, on peut alors affirmer qu\u2019elle a roul\u00e9 \u00e0 120 kilom\u00e8tres par heure\u00a0: on a donc compar\u00e9 une diff\u00e9rence de position de 120km avec une diff\u00e9rence d\u2019heures. Si on suppose que l\u2019<\/span>\u00e9volution<\/b> de la position de la voiture, sa vitesse, \u00e9tait constante pendant le voyage, on peut estimer qu\u2019elle se trouvait \u00e0 mi-chemin \u00e0 13h30. Il est donc possible de <\/span>calculer<\/b> la position de la voiture en fonction des <\/span>diff\u00e9rences<\/b> entre l\u2019endroit et l\u2019heure du d\u00e9part et d\u2019arriv\u00e9e. Ce type de calcul faisant intervenir des \u00e9volutions de grandeurs physiques est donc appel\u00e9 un <\/span>calcul diff\u00e9rentiel. <\/b>Il est important de noter que si la vitesse n\u2019est pas constante au cours du voyage, le calcul est alors bien plus complexe. Le calcul diff\u00e9rentiel est \u00e0 la base de nombreuses \u00e9quations r\u00e9gissant le comportement des choses qui nous entourent, et le comportement des mat\u00e9riaux ne d\u00e9roge pas \u00e0 cette r\u00e8gle.<\/span><\/p>\n

La FEM est un outil tr\u00e8s puissant, car elle repose sur l\u2019id\u00e9e de d\u00e9couper des probl\u00e8mes diff\u00e9rentiels complexes en une somme de probl\u00e8mes simples. Malheureusement, cette derni\u00e8re est intrins\u00e8quement incapable de repr\u00e9senter une apparition d\u2019endommagement sans intervention d\u2019artifices num\u00e9riques (on vous \u00e9pargne ici les d\u00e9tails).<\/span><\/p>\n

Lorsque l\u2019on souhaite dimensionner des pi\u00e8ces fabriqu\u00e9es en CMO, en particulier leurs assemblages, il est fondamental de prendre en compte l\u2019endommagement de ces derni\u00e8res. En effet, elles ont tendance \u00e0 s\u2019endommager de fa\u00e7on moins visible et donc plus insidieuse que des pi\u00e8ces classiques. L\u2019affaiblissement voire la rupture compl\u00e8te du lien entre fibre et matrice est par exemple tr\u00e8s difficile \u00e0 observer \u00e0 l\u2019\u0153il nu, alors qu\u2019il peut \u00eatre la cause d\u2019une forte d\u00e9gradation des capacit\u00e9s du composite. Par ailleurs, dans de nombreux cas de chargements accidentels, une pi\u00e8ce en m\u00e9tal va se d\u00e9former de fa\u00e7on irr\u00e9versible longtemps avant d\u2019atteindre la rupture, tandis qu\u2019une pi\u00e8ce en composite sera plus sujette \u00e0 une rupture soudaine et brutale.<\/span><\/p>\n

Ainsi, afin d\u2019assurer la s\u00e9curit\u00e9 des passagers, des conducteurs, des sportifs ainsi que l\u2019ensemble des utilisateurs de mat\u00e9riaux composites, il est n\u00e9cessaire de d\u00e9velopper de nouvelles approches num\u00e9riques. Ces derni\u00e8res se doivent d\u2019\u00eatre capables de r\u00e9pondre aux probl\u00e9matiques li\u00e9es \u00e0 la mod\u00e9lisation de l\u2019endommagement. Elles permettraient de ce fait d\u2019optimiser la conception de ces produits toujours plus innovants.<\/span><\/p>\n

Nous travaillons donc, au sein d\u2019Ametra Research, au d\u00e9veloppement et \u00e0 la validation d\u2019un code de calcul d\u2019une m\u00e9thode innovante et prometteuse. Cette m\u00e9thode s\u2019appelle la <\/span>P\u00e9ridynamique<\/i><\/b><\/a>. Introduite au d\u00e9but des ann\u00e9es 2000, elle est bas\u00e9e sur une approche dite particulaire. Ainsi, contrairement \u00e0 la FEM, elle ne repose pas sur la r\u00e9solution directe d\u2019\u00e9quations diff\u00e9rentielles. Elle n\u2019est donc pas sujette aux m\u00eame limites que la FEM, ce qui la rend particuli\u00e8rement attrayante dans le cadre de la mod\u00e9lisation d\u2019impacts et de ruptures. La p\u00e9ridynamique sera d\u00e9crite plus en d\u00e9tail dans un article publi\u00e9 prochainement sur notre blog.<\/span><\/p>\n

D\u00e9couvrez d\u00e8s maintenant <\/span><\/i>le site officiel d\u2019Ametra<\/span><\/i><\/a> Group<\/span><\/i> et n\u2019h\u00e9sitez pas \u00e0 <\/span><\/i>nous suivre sur LinkedIn<\/span><\/i><\/a> pour ne rien manquer des actualit\u00e9s du groupe.<\/span><\/i><\/p>\n

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Mod\u00e9lisation d\u2019un impact sur une coque de d\u00e9riveur en composite gr\u00e2ce \u00e0 notre outil interne ALPS. La couleur repr\u00e9sente le taux d\u2019endommagement \u00a9Ametra Research La qu\u00eate d\u2019une meilleure optimisation des structures, souvent li\u00e9e \u00e0 des crit\u00e8res \u00e9cologiques et \u00e9conomiques, pousse \u00e0 une adoption de plus en plus large des composites dans de nombreux domaines de l\u2019industrie. R\u00e9aliser des avions, des trains ou des voitures plus l\u00e9gers permet de r\u00e9duire leur consommation de carburant de fa\u00e7on significative, optimisant de fait leur co\u00fbt d\u2019utilisation et leur impact carbone. Ainsi, si cette am\u00e9lioration incr\u00e9mentale n\u2019est pas une solution finale au challenge que repr\u00e9sente la r\u00e9ponse aux d\u00e9r\u00e8glements climatiques, elle permet de diminuer l\u2019impact carbone des industries du transport le temps de d\u00e9velopper une approche permettant de le r\u00e9duire \u00e0 z\u00e9ro (voir ici par exemple). Les composites sont donc de bons candidats car leurs structures h\u00e9t\u00e9rog\u00e8nes (compos\u00e9es de multiple mat\u00e9riaux) permettent de n\u2019inclure des renforts que l\u00e0 o\u00f9 ils sont absolument n\u00e9cessaires. Ces renforts se pr\u00e9sentent en g\u00e9n\u00e9ral sous la forme de tissus et\/ou de r\u00e9seaux de fibres hautes performances (Carbone, Verre, Aramide ou autres) envelopp\u00e9s dans une r\u00e9sine servant de liant. Ainsi, le b\u00e9ton arm\u00e9 est tout autant un composite qu\u2019une pi\u00e8ce en fibre de carbone et r\u00e9sine \u00e9poxyde.\u00a0 L\u2019appellation \u00ab\u00a0mat\u00e9riaux composites\u00a0\u00bb classiquement utilis\u00e9e par le grand public fait en g\u00e9n\u00e9ral r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 un sous-ensemble de ces mat\u00e9riaux composites au sens large\u00a0: les mat\u00e9riaux composites \u00e0 matrice organique (CMO). Un CMO est un composite dont le liant est une r\u00e9sine polym\u00e8re. C\u2019est sur ce type de mat\u00e9riaux qu\u2019Ametra Research travaille dans le cadre du projet ORCA. Comme explicit\u00e9 ci-dessus, les CMO pr\u00e9sentent de nombreux avantages. Il reste encore aujourd\u2019hui beaucoup de questions ouvertes quant \u00e0 leur utilisation en situation critique et leurs modes d\u2019endommagement. Ces points, sur lesquels les connaissances sont encore limit\u00e9es, poussent les ing\u00e9nieurs concevant des structures composites \u00e0 les sur-dimensionner et \u00e0 r\u00e9aliser des campagnes exp\u00e9rimentales extensives et couteuses. Lorsque l\u2019on travaille sur des mat\u00e9riaux plus \u00ab\u00a0classiques\u00a0\u00bb comme des m\u00e9taux, ou des plastiques homog\u00e8nes, il est d\u2019usage de r\u00e9duire l\u2019\u00e9chelle des campagnes exp\u00e9rimentales en se servant de logiciels de simulation. Ces campagnes permettent de r\u00e9duire \u00e0 la fois les co\u00fbts en mati\u00e8re premi\u00e8re et en prototypage. Pour effectuer ce type de simulation, la m\u00e9thode la plus r\u00e9pandue \u00e0 ce jour dans les bureaux d\u2019\u00e9tude du monde entier est la m\u00e9thode des \u00e9l\u00e9ments finis (FEM pour Finite Element Method). Il est courant, dans la nature, de trouver des ph\u00e9nom\u00e8nes liant une grandeur \u00e0 son \u00e9volution. Par exemple, en admettant qu\u2019une voiture soit partie de Fontenay-aux-Roses \u00e0 13h et qu\u2019elle soit arriv\u00e9e \u00e0 Orl\u00e9ans \u00e0 14h, on peut alors affirmer qu\u2019elle a roul\u00e9 \u00e0 120 kilom\u00e8tres par heure\u00a0: on a donc compar\u00e9 une diff\u00e9rence de position de 120km avec une diff\u00e9rence d\u2019heures. Si on suppose que l\u2019\u00e9volution de la position de la voiture, sa vitesse, \u00e9tait constante pendant le voyage, on peut estimer qu\u2019elle se trouvait \u00e0 mi-chemin \u00e0 13h30. Il est donc possible de calculer la position de la voiture en fonction des diff\u00e9rences entre l\u2019endroit et l\u2019heure du d\u00e9part et d\u2019arriv\u00e9e. Ce type de calcul faisant intervenir des \u00e9volutions de grandeurs physiques est donc appel\u00e9 un calcul diff\u00e9rentiel. Il est important de noter que si la vitesse n\u2019est pas constante au cours du voyage, le calcul est alors bien plus complexe. Le calcul diff\u00e9rentiel est \u00e0 la base de nombreuses \u00e9quations r\u00e9gissant le comportement des choses qui nous entourent, et le comportement des mat\u00e9riaux ne d\u00e9roge pas \u00e0 cette r\u00e8gle. La FEM est un outil tr\u00e8s puissant, car elle repose sur l\u2019id\u00e9e de d\u00e9couper des probl\u00e8mes diff\u00e9rentiels complexes en une somme de probl\u00e8mes simples. Malheureusement, cette derni\u00e8re est intrins\u00e8quement incapable de repr\u00e9senter une apparition d\u2019endommagement sans intervention d\u2019artifices num\u00e9riques (on vous \u00e9pargne ici les d\u00e9tails). Lorsque l\u2019on souhaite dimensionner des pi\u00e8ces fabriqu\u00e9es en CMO, en particulier leurs assemblages, il est fondamental de prendre en compte l\u2019endommagement de ces derni\u00e8res. En effet, elles ont tendance \u00e0 s\u2019endommager de fa\u00e7on moins visible et donc plus insidieuse que des pi\u00e8ces classiques. L\u2019affaiblissement voire la rupture compl\u00e8te du lien entre fibre et matrice est par exemple tr\u00e8s difficile \u00e0 observer \u00e0 l\u2019\u0153il nu, alors qu\u2019il peut \u00eatre la cause d\u2019une forte d\u00e9gradation des capacit\u00e9s du composite. Par ailleurs, dans de nombreux cas de chargements accidentels, une pi\u00e8ce en m\u00e9tal va se d\u00e9former de fa\u00e7on irr\u00e9versible longtemps avant d\u2019atteindre la rupture, tandis qu\u2019une pi\u00e8ce en composite sera plus sujette \u00e0 une rupture soudaine et brutale. Ainsi, afin d\u2019assurer la s\u00e9curit\u00e9 des passagers, des conducteurs, des sportifs ainsi que l\u2019ensemble des utilisateurs de mat\u00e9riaux composites, il est n\u00e9cessaire de d\u00e9velopper de nouvelles approches num\u00e9riques. Ces derni\u00e8res se doivent d\u2019\u00eatre capables de r\u00e9pondre aux probl\u00e9matiques li\u00e9es \u00e0 la mod\u00e9lisation de l\u2019endommagement. Elles permettraient de ce fait d\u2019optimiser la conception de ces produits toujours plus innovants. Nous travaillons donc, au sein d\u2019Ametra Research, au d\u00e9veloppement et \u00e0 la validation d\u2019un code de calcul d\u2019une m\u00e9thode innovante et prometteuse. Cette m\u00e9thode s\u2019appelle la P\u00e9ridynamique. Introduite au d\u00e9but des ann\u00e9es 2000, elle est bas\u00e9e sur une approche dite particulaire. Ainsi, contrairement \u00e0 la FEM, elle ne repose pas sur la r\u00e9solution directe d\u2019\u00e9quations diff\u00e9rentielles. Elle n\u2019est donc pas sujette aux m\u00eame limites que la FEM, ce qui la rend particuli\u00e8rement attrayante dans le cadre de la mod\u00e9lisation d\u2019impacts et de ruptures. La p\u00e9ridynamique sera d\u00e9crite plus en d\u00e9tail dans un article publi\u00e9 prochainement sur notre blog. D\u00e9couvrez d\u00e8s maintenant le site officiel d\u2019Ametra Group et n\u2019h\u00e9sitez pas \u00e0 nous suivre sur LinkedIn pour ne rien manquer des actualit\u00e9s du groupe.  <\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1835,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_seopress_titles_title":"","_seopress_titles_desc":"","_seopress_robots_index":"","_seopress_robots_follow":"","_seopress_robots_imageindex":"","_seopress_robots_snippet":"","_seopress_robots_primary_cat":"","_seopress_robots_breadcrumbs":"","_seopress_robots_freeze_modified_date":"","_seopress_robots_custom_modified_date":"","_seopress_robots_canonical":"","_seopress_social_fb_title":"","_seopress_social_fb_desc":"","_seopress_social_fb_img":"","_seopress_social_fb_img_attachment_id":0,"_seopress_social_fb_img_width":0,"_seopress_social_fb_img_height":0,"_seopress_social_twitter_title":"","_seopress_social_twitter_desc":"","_seopress_social_twitter_img":"","_seopress_social_twitter_img_attachment_id":0,"_seopress_social_twitter_img_width":0,"_seopress_social_twitter_img_height":0,"_seopress_redirections_value":"","_seopress_redirections_enabled":"","_seopress_redirections_enabled_regex":"","_seopress_redirections_logged_status":"","_seopress_redirections_param":"","_seopress_redirections_type":0,"_seopress_analysis_target_kw":"","_seopress_news_disabled":"","_seopress_video_disabled":"","_seopress_video":[],"_seopress_pro_schemas_manual":[],"_seopress_pro_rich_snippets_disable_all":"","_seopress_pro_rich_snippets_disable":[],"_seopress_pro_schemas":[],"footnotes":""},"categories":[61,56],"tags":[],"class_list":["post-1833","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-actualites","category-r-et-d"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1833","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1833"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1833\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1835"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1833"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1833"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/myagencyinside.com\/maquettes\/ametra-group\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1833"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}