Analyse Expérimentale et Numérique de la Fracture Interlaminaire de Mode III dans les Laminés Composites en utilisant un Test de Edge Crack Torsion modifié

Cette recherche vise à contribuer à la normalisation des essais de ténacité à la rupture interlaminaire pour les stratifiés composites avancés dans des conditions de mode III. À cette fin, un essai modifié de Edge Crack Torsion (ECT) a été conçu et évalué par le biais de simulations numériques, en utilisant la Finite Element Method (FEM) dans le logiciel Abaqus. L'étude se concentre sur l'évaluation de la résistance de l'éprouvette aux charges appliquées et la quantification du l'Energy Release Rate (ERR) dans ce mode de fracture particulier. Pour ce faire, la Virtual Crack Closure Technique (VCCT) a été mise en œuvre dans toutes les simulations numériques afin de calculer l'ERR au début de la propagation de la fissure le long des surfaces interlaminaires. Pour valider la modélisation adoptée dans différents essais, des simulations supplémentaires ont été réalisées pour le mode I (Double Cantilever Beam, DCB), le mode II (End Notch Flexure, ENF) et le mode mixte en flexion (Mixed Mode Bending, MMB, mode I et mode II dominants). Les résultats numériques obtenus ont ensuite été comparés aux données expérimentales disponibles issues d'études antérieures. Dans les simulations du mode III, des éprouvettes avec différentes longueurs initiales de fissure le long de leur interface ont été modélisées. Bien que l'essai ECT soit couramment utilisé pour déterminer l'ERR en mode III, aucune procédure standardisée n'existe actuellement. Afin de contribuer à la standardisation du mode III, de nouvelles caractérisations ont été mises en œuvre. Pour optimiser l’utilisation des matériaux dans les échantillons de laboratoire et obtenir un ERR en mode III plus pur, une réduction de la largeur a été mise en œuvre dans les modèles finaux de simulation. De plus, une séquence d'empilement Quasi-Trivial (QT) a été appliquée indépendamment aux éprouvettes ECT afin d’observer son effet sur le comportement en fracture. D’un point de vue expérimental, un dispositif ECT révisé a été conçu en s’appuyant sur des études antérieures à l’aide d’un logiciel CAD/CAM (CATIA). Par ailleurs, ce dispositif a été modifié afin de faciliter l’application de la méthode d’étalonnage par compliance, en utilisant différentes largeurs d’éprouvettes. Dans l’ensemble, les résultats numériques indiquent que les éprouvettes avec des longueurs initiales de fissure plus courtes présentent un ERR en mode III plus pur que celles avec des fissures initiales plus longues. Cependant, les éprouvettes avec des fissures initiales plus longues montrent une distribution plus uniforme de l'ERR en mode III le long du front de fissure, ce qui peut être avantageux pour la réduction des données. Enfin, les résultats obtenus avec les séquences d’empilement QT démontrent que les essais ECT peuvent être réalisés pour évaluer la ténacité à la fracture interlaminaire des interfaces avec différents angles d'orientation, sans introduire d’effets parasites dus aux couplages élastiques indésirables.