Validation Expérimentale et Modélisation des StructuRes ComposiTEs sous Sollicitations CompleXes – VERTEX

L’utilisation des matériaux composites se généralise dans les domaines de l’énergie et des transports. Si en aéronautique, la réduction de masse est un souci constant, cette problématique devient cruciale dans le ferroviaire et l’automobile. De nombreux challenges scientifiques accompagnent ou anticipent ce développement. En particulier, quelles que soient les problématiques scientifiques ou les technologies, il est nécessaire de développer des méthodologies de validation à des échelles raisonnables à la fois en termes de pertinence scientifique et de cout. Pour l’instant, les modèles et essais développés par la communauté scientifique sont essentiellement limités à des sollicitations simples sur des éprouvettes basiques. Le caractère particulier des matériaux composites (fibres + résine + polymérisation) est que le matériau ne préexiste pas à la structure. Aussi, des approches multi-échelles ou multi-niveaux du matériau à la structure se révèlent pertinentes. Or, jusqu’à présent la recherche académique s’est énormément investie aux échelles les plus basses (micro, méso ou coupon) afin d’identifier et de modéliser les divers modes d’endommagements.
Aussi, le projet VERTEX se propose de développer une méthodologie d’analyse et de validation générale à l’échelle d’éprouvettes de la taille de quelques dizaine de centimètres. Le choix de cette échelle permet un positionnement original à l’échelle dite des détails structuraux et permet de traiter une très large gamme de problèmes fondamentaux. De plus, la particularité de VERTEX est de proposer une méthode d’analyse ou de validation par essais statiques sous sollicitations complexes (traction/compression/cisaillement) qui implique un dialogue expérimental et théorique entre les échelles. La méthodologie permettra un dialogue essais/calcul amélioré et étendu qui est une étape nécessaire vers le Virtual Testing ou le Material by Design. Ces deux problématiques sont des enjeux majeurs de compétitivité qui permettront des gains économiques considérables ainsi qu’une réduction et une sécurisation des cycles de conception de toute structure composite de nouvelle génération. Le projet scientifique VERTEX a pour première étape le développement d’une méthode de mesure et de pilotage originale (WP2) sur un moyen d’essai spécifique développé en parallèle à ce projet (WP1) et financé dans le cadre du CPER. En effet, pour la validation des modèles ou l’analyse des phénoménologies, il est nécessaire de pouvoir réaliser des mesures ou des chemins de charges complexes soit globalement à l’échelle de la structure, soit à une échelle plus locale (plus matériau). Afin de valider le concept couplé essai/instrumentation de VERTEX, trois problématiques scientifiques actuelles sont proposées par les partenaires (WP3). La première concerne la propagation des grandes coupures sous sollicitations complexes, la seconde celle du calcul à rupture des éprouvettes technologiques par une approche multiéchelle et la troisième la validation de modèles d’endommagement par des chemins de ruptures complexes. Ces trois problématiques seront soumises à une phase de validation par le moyen d’essai VERTEX (WP4) puis à dissémination.
In fine, le projet VERTEX se propose de doter la communauté scientifique d’une méthodologie couplée expérimental et mesure originale nécessaire à l’identification des phénoménologies à plusieurs échelles : du matériau à la structure. Cette méthodologie aura en outre la possibilité de discriminer le caractère prédictif des différentes approches de la littérature. De par son caractère universel, ce moyen d’essai instrumenté permettra à l’industrie et à la communauté scientifique des composites de valider des recherches ou des technologies à des coûts raisonnables compte-tenu de la taille limitée des éprouvettes. Ce type d’analyse est par ailleurs très différentiant au niveau international pour les recherches sur les composites.