Contexte
L’objectif de ce projet est de poursuivre, dans le cadre d’un projet ONR (Office of Naval Research), les travaux de Corentin Humeau (thèse de l’Université de Nantes soutenue en 2017), afin de développer des modèles prédictifs pour des matériaux composites en conditions couplées. Le couplage ici résulte en l’exposition simultanée du composite à l’immersion dans l’eau et à un chargement mécanique. Ces deux sollicitations accélèrent le développement de l’endommagement par rapport à des conditions non-couplées prises en compte classiquement aujourd’hui (vieillissement hydrique suivi d’un chargement mécanique). Cependant, les structures EMR en service opérationnel subissent des conditions couplées, et il est donc indispensable de disposer d’outils prédictifs qui les prennent en compte.
Ruptures scientifiques et innovation
L’originalité de ce projet réside dans son orientation vers le couplage hygromécanique. Dans les travaux existants (état de l’art), il existe beaucoup de données sur la chute de propriétés après un vieillissement hydrique, pour autant il existe une interaction certaine entre l’absorption d’eau et les contraintes mécaniques de service qui peut provoquer des couplages hygromécaniques voire une accélération des endommagements et une rupture prématurée.
Qui plus est, dans les applications réelles, l’eau et les chargements agissent conjointement, et une prédiction fidèle de la réponse d’une structure marine composite doit tenir compte des couplages présents.
Impact technique et économique attendu
L’objectif de ce projet est de proposer des outils numériques prédictifs de la durée de vie de structures composites pour des applications EMR. Ces simulations permettront à termes de réduire les opérations d’inspection et de maintenance des pièces en service.
Dates clés du projet
- T0 -> T0+36 - Lot 1. Recherche bibliographique
- T0 -> T0+18 - Lot 2. Identification des couplages fluage/diffusion et endommagement/diffusion
- T0+6 -> T0+32 - Lot 3. Développement d’un outil numérique capable de prédire le couplage diffusion d’eau/propagation d’endommagement
- T0+24 -> T0+36 - Lot 4. Validation
Résultats
Le projet CEAUCOMP tourne autour de 2 axes principaux : la diffusion d’eau et le comportement mécanique de matériaux composites. Dans un premier temps, les deux phénomènes ont été étudiés de manière découplée (caractérisations diffusives et mécaniques séparées). En effet, une étude diffusive poussée a été réalisée sur une période supérieure à 500 jours pour comprendre le comportement diffusif (figure 1a) et les phénomènes de gonflements relatifs à cette absorption d’eau (figure 1b).
D’autre part, le comportement mécanique a été étudié à différents temps de vieillissement (0 à 500 jours) et de manière quasi-statique instantanée (traction) et en fluage pour mettre en évidence l’influence du vieillissement sur l’évolution des propriétés mécaniques de manière découplée…
Un modèle viscoélastique a par la suite été utilisé pour représenter le comportement en fluage des matériaux d’études, puis introduit dans un logiciel par élément finis pour réaliser des calculs hygro-viscoélastiques (couplage diffusion et comportement viscoélastique) et analyser les champs hygro-mécaniques locaux.
Publications et communications produites
Communications orales
- Q. DEZULIER, P.CASARI, A. CLEMENT, F. JACQUEMIN, P. DAVIES, M. ARHANT, « Experimental characterization and modelling of the coupling between water diffusion and mechanical behaviour of composite materials” – Présentation d’un poster à EUROMECH 607 – Marine Aging of Polymers – Brest 28-29 août 2019.
- Q. Dezulier, F. Jacquemin, P. Davies, A. Clement, M. Arhant, B. Flageul, « Study of the hygro-mechanical coupling in composite materials » – Présentation – ICCS23 -23rd International Conference on Composite Structures – Online – 2 Septembre 2020
- Q. Dezulier, P. Davies, A. Clement, F. Jacquemin, M. Arhant, B. Flageul, P. Casari, « On the study of coupled creep test of composite materials used in a marine environment » – Présentation & Poster, COMPTEST – 10th International Conference on Composite Testing and Model Identification – En ligne – 18-20 mai 2020.
- Q. Dezulier, A. Clement, P. Davies, B. Flageul, M. Arhant, F. Jacquemin, « Etude du couplage hygromécanique de matériaux composites utilisés en milieu marin » – Présentation filmée, JNC22 – 22ème Journée Nationale sur les Composites – En ligne – 28-30 juin 2021,
- Q.DEZULIER, P. DAVIES, A. CLEMENT, F. JACQUEMIN, M. ARHANT, B. FLAGEUL, P. CASARI, « Study of the durability of composite materials used for off-shore wind turbine blades», Poster (présentiel), Seanergy, Nantes, 21-24 septembre 2021.
- Q. Dezulier, A. Clement, P. Davies, F. Jacquemin, « On the study of hygro-mechanical coupling for composite materials used for off-shore wind turbine blades », FOWT 2021 – Floating Offshore Wind Turbine – Saint Malo – 16-18 Novembre 2021.
Article en cours de review
- Q. Dezulier1, A. Clement1, P. Davies2, M. Arhant2, B. Flageul2, F. Jacquemin1 “Water ageing effects on the elastic and viscoelastic behavior of epoxy-based materials used in marine environment » – Composites part B : Engineering – Accepté par l’éditeur, actuellement en cours de review
