Caractérisation et modélisation du comportement d'un composite plis fins à l'impact : vers la prise en compte de l'évolution des performances de protections balistiques
Langue Anglais
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Modalités de diffusion de la thèse :
  • Thèse confidentielle jusqu'au 27/05/2028.
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Auteur : Poulet, Thibault
Date de soutenance : 27-05-2024

Directeur(s) de thèse : Bahlouli, Nadia - Lauro, Franck

Président : Grandidier, Jean-Claude
Rapporteur(s) : Mahéo, Laurent - Rozycki, Patrick
Membre(s) du jury : Demarty, Yaël

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
École doctorale : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
 
Discipline : Mécanique, génie mécanique, génie civil
Classification : Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : Comportement mécanique, Composite, Simulation numérique, Impact balistique, Délaminage, UHMWPE
Mots-clés :
  • Matériaux -- Propriétés mécaniques
  • Balistique
  • Impact
Résumé : Ces travaux de thèses se sont intéressés à la caractérisation mécanique et la simulation numérique d'impacts balistiques de deux composites à base de fibres de polyéthylène à masse molaire très élevée (UHMWPE). Utilisés dans des gilets pare-balles, ces deux composites sont réalisés avec le même type de fibres, mais utilisent des matrices différentes. Une étude approfondie des propriétés mécaniques des composites UHMWPE a été réalisée, évaluant les comportements dans le plan, hors plan et en délaminage de ces matériaux. Les composites UHWMPE étant utilisés pour des applications balistiques, des études sont nécessaires pour évaluer la sensibilité de leur comportement mécanique à la vitesse de déformation. Pour cela, un total de treize protocoles a été développé afin d’effectuer des essais mécaniques à différentes vitesses de déformation, démontrant une augmentation significative de plusieurs propriétés mécaniques avec la vitesse de déformation en raison de la nature polymérique des constituants du composite. Sur la base de ces résultats, un modèle numérique a été proposé en utilisant la bibliothèque LS-DYNA et les interfaces ont été décrites en utilisant des zones cohésives, permettant de représenter les phénomènes de délaminage. Des essais d’impacts à faibles vitesses ont permis de valider ce modèle. Deux campagnes d’essais balistiques ont été menées afin d’étudier l’influence du projectile (matériau, forme, vitesse) et de l’épaisseur des cibles sur les performances balistiques des deux composites. Ainsi les vitesses balistiques limites, les V50 et déformées arrières dynamiques ont pu être mesurées. Les essais réalisés avec des simulants de fragments ont pu être reproduits par simulation numérique à l’aide du modèle développé. Une analyse paramétrique approfondie a été effectuée montrant une influence significative des choix numériques, permettant de mieux comprendre les stratégies de modélisation des impacts balistiques. Enfin, les effets d’un vieillissement accéléré à température élevée et, avec et sans humidité, ont été étudiés dans un premier temps sur les propriétés mécaniques puis balistiques. Cette étude expérimentale a révélé une sensibilité relativement faible des propriétés mécaniques dépendantes des fibres et une dégradation plus importante de celles liées aux deux matrices. Néanmoins, les performances balistiques ont démontré une certaine stabilité face à des cycles de vieillissement relativement sévères.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2024STRAD010
Type de ressource : Thèse